Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб

О.А. КОРОБОВА УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ НОВОСИБИРСК 2008 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН) О.А. Коробова УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ Учебное пособие НОВОСИБИРСК 2008 УДК ББК 624.131+69.059 38.654.1/65.9 К68 Коробова О.А. Усиление оснований и реконструкция фундаментов : учеб. пособие / О. А. Коробова ; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). – Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2008. – 332 с. ISBN 978-5-7795-0404-1 Учебное пособие содержит основные положения по усилению оснований и методы реконструкции фундаментов. В пособии приведены примеры расчета оснований на просадочных грунтах. Учебное пособие широко освещает известные способы усиления грунтов оснований и методы реконструкции фундаментов. Пособие предназначено для студентов специальностей 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270115 «Экспертиза и управление недвижимостью», 270105 «Городское строительство и хозяйство» всех форм обучения для выполнения курсового и дипломного проектирования и для изучения спецкурсов. Пособие может быть использовано для обучения инженеров, бакалавров и магистрантов по направлению 270100 «Строительство». Печатается по решению издательско-библиотечного совета НГАСУ (Сибстрин) Рецензенты: А.М. Караулов, канд. техн. наук, доцент завкафедрой геологии, оснований и фундаментов СГУПС; А.Л. Кунц, доцент кафедры оргаизации строительного производства НГАСУ (Сибстрин) ISBN 978-5-7795-0404-1 Коробова О.А., 2008 Новосибирский государственный архитектурностроительный университет (Сибстрин), 2008 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 4 1. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ УСИЛЕНИИ ОСНОВАНИЙ ....... 5 1.1. Причины усиления оснований и реконструкции фундаментов ... 5 1.2. Этапы обследования ...................................................................... 13 1.3. Особенности производства работ при реконструкции фундаментов и усилении оснований ............................................ 17 1.4. Оценка дефектов и повреждений фундаментных конструкций 21 2. УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ ................................................................ 24 2.1. Физико-химические способы усиления оснований...................... 24 2.2. Конструктивные методы усиления оснований ............................. 54 2.3. Механические методы упрочнения оснований ............................ 72 2.4. Основные принципы расчета искусственных оснований .......... 145 3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ .......................................... 149 3.1. Восстановление несущей способности фундаментов ................ 149 3.2. Увеличение несущей способности фундаментов ....................... 163 3.3. Разгружение конструкций фундаментов ..................................... 216 3.4. Усиление свайных фундаментов ................................................. 248 3.5. Новая технология реконструкции подземных сооружений ...... 261 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ........................................................................ 263 4.1. Расчет ленточного фундамента в открытом котловане ............. 263 4.2. Расчет осадки фундамента с учетом влияния соседнего ........... 276 4.3. Расчет основных параметров закрепления грунтов ................... 283 4.4. Проектирование грунтовых подушек .......................................... 294 4.5. Проектирование фундаментов в вытрамбованных котлованах 299 4.6 Проектирование оснований, уплотненных грунтовыми сваями 316 4.7. Проектирование оснований, уплотненных предварительным замачиванием ............................................................................... 322 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................... 331 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................. 332 3 ВВЕДЕНИЕ Основания и фундаменты являются важнейшими элементами зданий и сооружений. В общем объеме строительства устройство оснований и фундаментов имеет значительный удельный вес как по стоимости, так и по трудоемкости строительных работ. Анализ статистических данных показывает, что большинство аварий зданий и сооружений было вызвано разрушением оснований и фундаментов. Недостаточная изученность инженерно-геологических условий на строительной площадке, некачественное устройство оснований и фундаментов, неучет существенного увеличения массы здания при реконструкции или его техническом перевооружении, при возведении новых зданий вблизи существующих часто вызывают их недопустимые деформации, которые могут являться причиной повреждения, а иногда и полного разрушения возведенных зданий. Актуальность усиления оснований и реконструкции фундаментов очевидна, так как многие реконструируемые объекты находятся в условиях «тесной городской застройки», кроме того, реконструкция требует значительно меньших материальных затрат по сравнению со строительством нового объекта. 4 1. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ УСИЛЕНИИ ОСНОВАНИЙ 1.1. Причины усиления оснований и реконструкции фундаментов При реконструкции предприятий, связанной с их техническим перевооружением, надстройке дополнительных этажей, при капитальном ремонте зданий, прокладке подземных коммуникаций, возведении новых фундаментов около существующих сооружений, а также при развивающейся во времени недопустимой осадке, возникает необходимость в оценке обеспечения фундаментами дальнейшей нормальной эксплуатации сооружений, а в соответствующих случаях – в усилении и переустройстве фундаментов и их оснований. Рисунок 1.1. Повреждение кладки стен 4-этажного здания на ленточных фундаментах после возведения около него 11–этажного дома 5 В большинстве случаев о необходимости укрепления оснований или фундаментов свидетельствуют внешние повреждения здания или сооружения, определяемые визуально. Трещины на стенах, оконных проемах, перекосы и заклинивания дверей и окон в зданиях являются характерными признаками, свидетельствующими о том, что здание испытывает деформации и необходимо установить систематические наблюдения за ним. Рисунок 1.2. Деформация кирпичного здания Основными причинами, обусловливающими необходимость усиления оснований и переустройства фундаментов, являются: ослабление основания в процессе эксплуатации здания или сооружения; снижение прочности материала фундамента за время эксплуатации здания или сооружения; реконструкция здания или сооружения с существенным увеличением массы здания; возведение рядом с существующим зданием нового, создающего дополнительную нагрузку на основание существующего здания (сооружения). 6 Главной причиной деформаций зданий на просадочных грунтах является замачивание грунтов в их основаниях. Основными источниками увлажнения являются: поверхностные (атмосферные) воды, водоразборные колонки и краны, оросительные каналы, ливневая канализация, фонтаны и др.; подземные утечки из водопровода, канализации, центрального отопления, горячего водоснабжения, грунтовые воды, подземные резервуары и др. Кроме явных источников увлажнения, могут быть скрытые, трудно обнаруживаемые – старые линии водонесущих коммуникаций, локальные участки подземных вод и др. Поэтому при обследовании как деформированных зданий, так и зданий, подлежащих надстройке, необходимо учитывать места расположения вводов и выпусков водонесущих коммуникаций, состояние конструкций отмосток и все расположенные вблизи источники воды. Одним из характерных случаев развития недопустимых деформаций является строительство вновь возводимых зданий и сооружений рядом с существующими. Причин этому несколько: дополнительное уплотнение грунта в основании; развитие отрицательного трения, действующего на сваи; промораживание грунта под фундаментом; вымывание грунта из-под фундамента; смещение шпунта в сторону котлована; выпор грунта в сторону отрываемого котлована; уплотнение несвязного грунта динамическими воздействиями (при забивке свай, шпунта, раздроблении мерзлого грунта или старых фундаментов). Чем тяжелее возводимое сооружение, чем ближе оно расположено к существующему зданию и чем больше сжимаемость грунтов, тем больше осадка и воронка оседания (рис. 1.3). 7 Рисунок 1.3. Дополнительное уплотнение грунта в основании: 1 – существующий фундамент; 2 – новый фундамент; 3 – границы зон деформации уплотнения грунта в основании Рисунок 1.4. Развитие отрицательного трения, действующего на сваи. Значительные трещины на фасаде кирпичного здания на 12-метровых сваях появились в результате его осадок, полученных вследствие возникновения отрицательного трения, после возведения около него здания на естественном основании 8 Рисунок 1.5. Промерзание грунта В новом котловане в зимнее время может произойти промораживание грунта под существующим фундаментом, вследствие чего весной при оттаивании промерзшего грунта появляются недопустимые деформации (рис. 1.6). Рисунок 1.6. Деформация кирпичной стены здания при оттаивании промерзшего грунта под фундаментами со стороны подвала 9 Рисунок 1.7. Вымывание грунта из-под фундамента Открытый водоотлив из котлована также является причиной недопустимых деформаций (рис. 1.7). Рисунок 1.8. Смещение шпунта Строители привыкли рассматривать шпунтовые стенки как конструкции, исключающие только обрушение грунта в котлован, и не считаются с их горизонтальными деформациями. Наличие фундамента существующего здания около шпунтовой стенки заставляет не только обеспечивать ее прочность, но и исключать ее 10 горизонтальные перемещения (рис. 1.8). Это достигается установкой распорок или анкеров. Шпунтовое крепление представляет собой сплошную стенку из металлических или деревянных элементов, жестко защемленную грунтом. Наибольшее распространение получил металлический шпунт с плоским, корытообразным, Z-образным профилем, С одной стороны поперечного сечения шпунт имеет паз, с другой – гребень. При забивке шпунта гребень одной шпунтины заходит в паз другой, и в грунте создается сплошная стена, предохраняющая откосы глубоких котлованов от обрушения. Для забивки шпунта используют дизель-молот или вибрационные и виброударные погружатели. После завершения работ по устройству подземной части металлический шпунт извлекают для последующего использования. Рисунок 1.9. Поперечные сечения шпунта: а – деревянный шпунт, изготавливаемый из досок; б – деревянный шпунт, изготавливаемый из брусьев; в – шпунт плоский или г – корытного профиля типа «Ларсен» Деревянный шпунт, изготовленный из досок или брусьев, применяют при глубине котлована не более 5 м, при большой глубине – шпунт плоский или корытного профиля типа «Ларсен». 11 Рисунок 1.10. Устройство шпунтовых стенок снаружи здания: 1 – отметка подошвы фундамента; 2 – котлован вблизи здания; 3 – отметка дна котлована; 4 – поверхность скольжения при потере устойчивости основания; 5 – трещины на стене здания; 6 – шпунтовая стенка Рисунок 1.11. Выпор грунта в сторону отрываемого котлована Уплотнение несвязного грунта динамическими воздействиями при забивке шпунта, свай, раздроблении шар- или клинмолотом мерзлого грунта или старых фундаментов может привести к выпору грунта в сторону отрываемого котлована. 12 1.2. Этапы обследования Для принятия рационального решения по усилению оснований и реконструкции фундаментов производится их обследование. Весь комплекс работ по обследованию фундаментов и оснований можно разделить на следующие этапы. 1 этап – сбор и обобщение сведений по строительству и эксплуатации здания или сооружения и детальное изучение технической документации. 2 этап – обследование окружающей местности и состояния надземных конструкций, здания. 3 этап – обследование фундаментов. Обследование фундаментов производится из шурфов. Рисунок 1.12. Шурф для обследования фундамента: 1 – крепление шурфа; 2 – отверстие, пробитое шлямбуром, 3 – подкоп для определения ширины подошвы фундамента Шурфы отрывают ниже дна котлована на 0,5 м, с увеличением глубины котлована площадь шурфов в плане увеличивается. Минимальный размер шурфов в плане приведен в табл. 1.1. Таблица 1.1 Глубина заложения Площадь сечения шурфов, м2 фундамента, м До 1,5 1,25 1,5–2,5 2 Более 2,5 2,5 и более 13 В зависимости от цели обследования здания и предполагаемого вида ремонта всего здания выполняют работы по обследованию оснований и фундаментов согласно табл. 1.2. Таблица 1.2 Цель обследования здания Выполняемые работы Капитальный ремонт без Контрольные шурфы смены перекрытий и увеличения нагрузок Надстройка, реконструкция или капитальный ремонт со сменой всех перекрытий. Деформации стен и фундаментов Исследование грунтов участка бурением. Детальное обследование оснований и фундаментов. Лабораторные анализы грунтов и воды, лабораторное исследование материалов фундаментов. Проверочные расчеты Выявление причин появления Исследование грунтов участка воды или сырости стен в под- бурением. Контрольные шурфы. вале Проверка наличия и состояния гидроизоляции. Наблюдение за уровнем подземных вод Пробы материалов фундаментов для лабораторных испытаний отбирают в случаях, когда их прочность является решающей при определении возможности дополнительной нагрузки. Пробы допускается отбирать только из ленточных фундаментов. Для испытания на сжатие и изгиб берут 10 кирпичей из разные участков фундамента. Для испытания бутового камня отбирают 5 образцов с минимальными размерами сторон 5 10 20 см. Количество проб раствора определяется необходимостью склеивания из них пяти кубиков размером 7 7 7 или 4 4 4 см. Бетон для лабораторного анализа берут из монолитных фундаментов выбуриванием кернов диаметром 10 см и минимальной длиной 12 см (по 5 образцов). Количество контрольных шурфов зависит от целей обследования зданий и сооружений, ориентировочно их назначают в соответствии с рекомендациями, представленными в табл. 1.3. 14 Таблица 1.3 Число шурфов для обследования зданий Цель обследования Число шурфов Реконструкция или капитальный 2–3 в здании ремонт без увеличения нагрузок Устранение проникновения воды в По одному в каждом обподвал или сырости стен в подвале и водненном или сыром отпервом этаже секе Углубление подвала По одному у каждой стены Обязательна закладка шурфов в местах деформации стен и подвалов. Одновременно шурфы закладывают в наиболее нагруженной части здания и в каждой секции, в местах установки дополнительных промежуточных опор. Шурфы отрывают рядом с обследуемыми фундаментами. Если здание с подвалом, то шурфы закладывают внутри здания с целью уменьшения земляных работ. Если деформации здания обусловлены аварийным состоянием оснований и фундаментов, то шурфы обычно закладывают в аварийной зоне. Целесообразно производить обследование фундаментов и вне этой зоны с тем, чтобы можно было сравнить результаты. При реконструкции зданий и сооружений обследуются фундаменты всех характерных стен и колонн. При частичной надстройке работы по обследованию фундаментов производят на участке застройки. В качестве дополнительных точек обследования назначаются места резкого изменения высоты здания, изменения глубины заложения фундаментов и т.п. В шурфах уточняют тип фундамента, размеры в плане, глубину заложения, определяют прочность тела фундамента, дефекты кладки, наличие гидроизоляции, а также выявляют ранее выполненные подводки и усиления. Ширину подошвы фундамента и глубину его заложения определяют с помощью натурных обмеров. Для этого боковую по15 верхность фундамента очищают от грунта, а замеры выполняют металлическим метром. В наиболее нагруженных участках ширину подошвы определяют в двусторонних шурфах, в менее нагруженных допускается принимать симметричное развитие фундамента по размерам, определенным в одностороннем шурфе. При этом для определения толщины «глухих» стен и ширины фундамента можно применять сверление и замеp металлическим метром или подкоп с последующим использованием Г-образного металлического прута. Отметка заложения фундамента и шурфа должна быть выполнена нивелиром. У свайных фундаментов замеряется диаметр или размеры поперечного сечения свай, шаг, количество свай на 1 м длины. По результатам обмеров фундаментов для надстраиваемых зданий, должны быть получены планы фундаментов и установлены отношения суммарной площади фундаментов к площади застройки. Прочность материала фундаментов определяется механическими и неразрушающими способами. Механический способ определения прочности материала фундаментов основывается на измерении величины и определении характера следа, оставленного зубилом или молотком на поверхности конструкции. Применяются молоток Физделя (шариковый) и молоток Кошкарова (эталонный). К неразрушающим методам можно отнести акустический метод, основанный на определении времени прохождения акустического сигнала между датчиком и приемником в испытуемом материале, а также сквозное прозвучивание. 4 этап – обследование грунтов основания. Обследование грунтов оснований производится в тех же шурфах, которые служат для обследования фундаментов. В отдельных случаях назначают дополнительные шурфы для определения границ распространения слабых грунтов основания. Кроме шурфов, для инженерно-геологической оценки грунтов основания назначаются разведочные скважины, число которых определяется по табл. 1.4. В шурфах отбирают пробы грунта с 16 последующим определением их физико-механических характеристик в лабораторных условиях. Для структурно-неустойчивых грунтов (просадочных, вечномерзлых, илистых и др.) определяют дополнительные характеристики в соответствии со спецификой этих грунтов. Таблица 1.4 Число скважин для обследования зданий Количество секций в здании Число скважин 1 2 1–2 4 3–4 6 Более 4 8 5 этап – составление заключения по результатам обследования, разработка рекомендаций и проекта усиления оснований и фундаментов. На этом этапе рассматриваются различные варианты оснований и фундаментов как конкурирующие в конкретных инженерно-геологических условиях с учетом конструктивных особенностей здания или сооружения. Предпочтение отдастся тому варианту, который является наиболее экономичным и технически целесообразным. 1.3. Особенности производства работ при реконструкции фундаментов и усилении оснований Наибольшие трудности представляют работы по усилению и реконструкции фундаментов и заглубленных помещений, а также инженерных коммуникаций внутри или вблизи существующих зданий. Характерной чертой реконструкции является отсутствие типовых решений, так как усиливаемые конструкции и условия строительства зависят от значительного числа факторов. Поэтому проектные решения по реконструкции должны разрабатываться для конкретных случаев с учетом накопленного опыта строителей. 17 Производство работ по реконструкции и усилению подземной части зданий и сооружений, как правило, осуществляют в стесненных условиях, что вызывает дополнительные затраты труда, осложняет выполнение операций, связанных с транспортированием материалов и конструкций и требует проведения дополнительных мероприятии по охране труда. Работы по реконструкции и усилению фундаментов должны выполняться в строгом соответствии с проектом производства работ (ППР) и технологическими картами. ППР составляют на основе данных, полученных при обследовании существующего здания и его фундаментов. Целью обследования является установление фактического состояния конструкций, определение объема работ и выявления условий их выполнения. При разработке ППР на реконструкцию подземной части здания или сооружения используют следующие материалы: проект реконструкции, рабочие чертежи, проект организации строительства, материалы обследования, технический паспорт здания, согласованный с заказчиком график выполнения работ, требования предприятия-заказчика об очередности выполнения работ, технике безопасности, данные об источниках энергии и транспортных средствах. Подготовка работ по усилению фундаментов заключается в разработке ППР, в котором необходимо предусмотреть способы выполнения всех процессов с обеспечением безопасных условий их осуществления. Весь комплекс работ по реконструкции подземной части здания можно разбить на два этапа: Первый этап – подготовительный, включает работы, связанные с обеспечением устойчивости реконструируемого здания и позволяющие безопасно проводить работы внутри здания. На этом этапе выполняют временное укрепление несущих конструкций, фундаменты освобождают от нагрузок путем передачи их на временные опоры или надежные конструкции здания. 18 Второй этап – включает все строительно-монтажные работы по усилению и замене и выполнению новых конструктивных элементов реконструируемого здания. В состав этих работ входят: разборка полов; отрывка котлованов; разборка старых конструкций; усиление и возведение новых конструкций, включая опалубочные; арматурные и бетонные работы. К наиболее сложным относятся работы по замене и реконструкции фундаментов под технологическое оборудование, которые имеют большой объем и глубину заложения, а также сложную форму, вследствие перепадов по высоте, наличия различного рода каналов, пустот, анкерных болтов и закладных деталей. В большинстве случаев технология усиления и реконструкция таких фундаментов разрабатываются индивидуально. Работы, связанные с переустройством оснований и фундаментов, требуют осторожности, очень тщательного ведения работ с тем, чтобы не вызвать недопустимых деформаций конструкций и не нарушить эксплуатацию сооружения. Порядок выполнения работ по переустройству должен быть принят с учетом конструктивных решений по усилению и состоянию фундамента. Как уже отмечалось выше, при возведении зданий рядом с существующими сооружениями последние часто получают дополнительные или недопустимые осадки, причиной которых является возрастание дополнительных давлений, вызванных вновь пристраиваемыми сооружениями. Все находящиеся в зоне производства работ электросети и коммуникации ограждают от возможных повреждений. Откосы, находящиеся под угрозой обрушения, необходимо укрепить до начала производства работ. При усилении и реконструкции фундаментов особое внимание должно быть обращено на качество работ по усилению. Плохое качество работ может быть вызвано: несоблюдением требований СНиП на производство работ; применением материалов пониженного качества и класса; 19 неправильным размещением швов при бетонировании; ухудшением качества основания за счет продолжительности простоя открытых котлованов, обводнения и замораживания основания; некачественным выполнением стыков и сопряжений старых конструкций с новыми; динамическими воздействиями в процессе выполнения работ; деформациями оснований и конструкций, вызванными дополнительным нагружением основания. Работы по переустройству фундаментов требуют оснащения специальными механизмами и приспособлениями, так как в действующих цехах ограниченно или невозможно применение громоздких механизмов и землеройной техники. Поэтому при усилении обычно используют малогабаритные и простые механизмы: тельферы (от греч. «далеко несу» – грузоподъемное устройство, состоящее из лебедки и ходовой части с ручным или электрическим приводом, передвигается по однорельсовому подвесному пути, применятся как средство внутрицехового транспорта), лебедки, тали, электрокары, кран-балки, мачты, автопогрузчики, конвейеры, тракторы типа «Беларусь», мостовые краны, подъемники, автовышки, домкраты и др. механизмы. 20 1.4. Оценка дефектов и повреждений фундаментных конструкций Таблица 1.5 Характерные дефекты и повреждения фундаментов Наименование повреждений и Причины появления повреждефектов дений и дефектов 1 2 Отсутствие перевязки каменРасслоение бутовой кладки ной кладки. Потеря прочности раствора кладки (длительная эксплуатация, систематическое замачивание, воздействие агрессивной среды и др.). Перегрузка фундамента (надстройка здания, замена несущих конструкций и др.) 1 – бутовая кладка; 2 – места расслоения бутовой кладки Разрушение боковых поверхностей фундамента 1 – существующий бетонный фундамент; 2 – положение уровня подземных вод (УПВ); 3 – места разрушения фундамента 21 Воздействие агрессивной среды на фундамент (утечка в основание производственных химических растворов, поднятие УПВ и др.). Отсутствие защитных гидроизоляционных покрытий у фундамента 1 Разрыв фундамента по высоте 1 – опорная часть фундамента; 2 – место разрыва фундамента; 3 – отметка глубины сезонного промерзания; 4 – засыпка пазух фундамента Трещины в плитной части фундамента Продолжение табл. 1.5 2 Морозное пучение при неправильном устройстве фундамента (использование для засыпки пазух смерзающегося грунта, подтопление при поднятии УПВ, замачивание и др.) Перегрузка фундамента (надстройка здания, замена несущих строительных конструкций или технологического оборудования и др.). Недостаточная площадь сечения рабочей арматуры 1 – железобетонная опорная плита ленточного фундамента; 2 – трещины в плитной части фундамента 22 Окончание табл. 1.5 1 Недопустимые деформации основания фундамента 2 Недостаточная опорная площадь подошвы фундамента. Аварийное замачивание грунтов основания. Дополнительное нагружение надфундаментных конструкций. Наличие в основании сильносжимаемых грунтов 1 – положение фундамента до деформации; 2 – то же после деформации Деформация фундаментной стены здания 1 – положение фундамента до деформации; 2 – то же после деформации 23 Потеря прочности кирпичной кладки фундаментной стены. Дополнительная загрузка поверхности основания в непосредственной близости от здания. Морозное пучение грунта при неправильной эксплуатации подвального помещения здания 2. УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ К основным способам упрочнения (закрепления) оснований зданий и сооружений относятся: 1) физико-химические; 2) конструктивные; 3) механические; 4) специальные. Характерной чертой усиления оснований является отсутствие типовых решений, поэтому проекты усиления оснований разрабатываются для конкретных случаев с учетом накопленного опыта строителей. Методы усиления грунтов основания сводятся к повышению их несущей способности путем искусственного упрочнения. 2.1. Физико-химические способы усиления оснований К апробированным физико-химическим методам упрочнения основания относятся: – силикатизация; – цементация; – смолизация; – глинизация; – битумизация; – термический метод; – электрохимическое закрепление. 2.1.1. Закрепление грунтов оснований силикатизацией Силикатизация – это метод, при котором под подошву фундаментов погружают инъекторы из стальных перфорированных труб диаметром 19–38 мм, через которые производится нагнетание раствора жидкого стекла под давлением 0,3–0,6 МПа. 24 Для ленточных фундаментов инъекторы помещают с обеих сторон с поверхности земли, из подвалов или специальных траншей. При Соединительный значительных размерах фундаментройник та закрепление грунта основания производят наклонными инъектоСоединительная рами. муфта Силикатизация предназначена для закрепления песков крупных, средней крупности, мелких и пылеватых, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. Метод силикатизации реализуется тремя способами: двухрастворным, однорастворным и газоПерфорированная труба вым. Применение того или иного способа закрепления определяется коэффициентом фильтрации и необходимой прочностью закрепляемого грунта. Заостренный Около одного инъектора занаконечник крепляется столб грунта радиусом Рисунок 2.1. Инъектор для за- 0,3–1 м. Грунт в пределах необхокрепления грунтов химиче- димого объема закрепляют, размещая инъекторы в шахматном поскими способами рядке (двухрастворный метод). 1000 h Оголовок 25 Рисунок 2.2. Забивной инъектор для силикатизации и смолизации песчаных грунтов: а – перфорированные звенья с резиновыми клапанами; б – то же с резиновыми кольцами 26 Рисунок 2.3. Забивной инъектор для силикатизации и смолизации песчаных грунтов: 1 – наконечник; 2 – перфорированное звено; 3 – соединительный ниппель; 4 – глухое звено; 5 – заглушка; 6 – наголовник; 7 – ниппель наголовника 27 Рисунок 2.4. Агрегат для нагнетания закрепляющих растворов в грунт: 1 – емкость с раствором; 2 – насос; 3 – распределитель; 4 – инъекторы 28 Рисунок 2.5. Схема силикатизации основания под ленточными фундаментами Рисунок 2.6. Технологические схемы химического закрепления грунтов под фундаментами существующих зданий: 1 – фундамент; 2 – инъекторы; 3 – закрепленный грунт Двухрастворный метод силикатизации применяют для закрепления песков крупных и средней крупности с коэффициентом фильтрации Kf = 8–2 м/сут. В грунт последовательно нагнетают, например, растворы силиката натрия (Na2nSiO2) и хлористого кальция (CaCl2). В результате взаимодействия этих растворов выделяется гель кремниевой кислоты, являющийся вяжущим веществом. 29 При двухрастворном методе в песок забивкой или вибрированием погружают инъектор, через который в грунт нагнетают раствор силиката натрия. При толщине массива закрепляемого грунта более 1 м инъектор после подачи раствора в верхний слой погружают еще на 1 м и вновь нагнетают через него в грунт раствор силиката натрия. Такие операции повторяют до тех пор, пока низ инъектора не достигнет глубины, до которой необходимо закрепить грунт. Затем через этот же инъектор в грунт подают раствор хлористого кальция, поднимая инъектор по мере нагнетания раствора каждый раз на 1 м. В результате закрепляется столб грунта радиусом 0,3–1 м. Грунт в пределах необходимого объема закрепляют, размещая инъекторы в шахматном порядке. Закрепленный грунт обладает кубиковой прочностью 1,5–3,5 МПа. Однорастворный метод используют для закрепления слабо фильтрующих грунтов с Kf = 5–0,3 м/сут (пески мелкие и пылеватые) и лессовые грунты. При закреплении в инъектор нагнетают сложный раствор, состоящий, например, из силиката натрия и фосфорной кислоты (H3PO4). Эти вещества медленно вступают в реакцию, поэтому до ее начала раствор можно инъецироватъ в грунт. Через 28 суток кубиковая прочность песка, закрепленного методом силикатизации, достигает 0,4–0,5 МПа. Лессовые просадочные грунты с Kf = 0,1–2 м/сут закрепляют путем нагнетания в них одного раствора силиката натрия, так как в них имеются соли, способные взаимодействовать с этим раствором. Способом однорастворной силикатизации были укреплены основания под фундаментами Московского Кремля, Государственного драматического театра им. М. Горького в г. Самара, Одесского театра оперы и балета. Необходимое количество раствора определяют по формуле: V1 = α·n·V, (2.1) где α – коэффициент, принимаемый при крупных и средней крупности песках – 0,5 (для каждого раствора); при мелких и пылеватых песках – 1,2; при лессах – 0,8; n – пористость грунта; V – объем закрепляемого грунта. 30 Для оценки радиуса распространения нагнетаемого раствора и установления требуемого количества его на площадке строительства производят опытное закрепление грунтов. При газовой силикатизации в качестве отвердителя жидкого стекла используются диоксид углерода СО2, который подается в грунт через инъекторы под небольшим давлением, а затем вводится раствор силиката натрия. Газовая силикатизация применяется при влажности лессового грунта 17 % и более. Рисунок 2.7. Газовая силикатизация. Порядок обработки оснований инъекторами (I–III): 1 – старый фундамент; 2 – усиленное основание; 3 – инъекторы Забивку и обработку инъекторов осуществляют метровыми заходками сверху вниз. В первую очередь обрабатывают инъекторы с внешней стороны здания, во вторую – внутри здания из повала и в третью – наклонные. Расстояние между инъекторами в ряду 1,2 м. Расчетный радиус закрепления 0,60–0,75 м. 31 Рисунок 2.8. Массив грунта, закрепленного при трех заходках инъектора: 1 – инъектор; 2 – массив закрепленного грунта 32 Рисунок 2.9. Конструктивные схемы инъекционного закрепления грунтов основания: а – сплошного; б – армированного; в – комбинированного 33 а) б) в) г) Рисунок 2.10. Схема закрепления оснований: а – ленточная; б – сплошная; в – прерывистая (столбчатая); г – кольцевая 34 Таблица 2.1 Коэффициенты фильтрации грунтов Kf и возможные способы закрепления оснований Способ закрепления Двухрастворный Однорастворный Газовая зация силикати- Kf, м/сут Пески крупные и средней крупности: 5,2–10,4 10,4–19,9 19,9–79,5 Пески мелкие и пылеватые: 0,52–5,2 Лессовые грунты: 0,09–1,99 Грунты песчаные, супесчаные и лессовые: 0,095–1,99 Рисунок 2.11. Опоры из силикатизированного лессового грунта под строящееся здание: 1 – фундамент; 2 – незакрепленный грунт; 3 – закрепленный силикатизацией грунт; 4 – непросадочный грунт Для химически неактивных грунтов разработан ряд методов, в которых раствор силиката натрия перед нагнетанием в грунт смешивается с кислотами, являющимися отвердителем, и в установленное время твердеет, образуя гель кремниевой кислоты в порах грунта. 35 В последнее время для илов, суглинков и глин в текучем состоянии стала применяться электросиликатизация (при Kf < 0,1 м/сут). 2.1.2. Закрепление грунтов оснований цементацией Цементация – это нагнетание цементного раствора под большим давлением (до 10 МПа). Применяют для закрепления грунтов, обладающих большой водопроницаемостью (трещиноватой скальной породы, гальки, гравия, гравелистого и крупного песка). Диаметр трубок-инъекторов составляет 25–100 мм. При глубине 6–8 м цементацию ведут нисходящими зонами (рис. 2.15). В этом случае нужно многократно бурить в каждом месте скважину, углубляя ее через ранее зацементированную часть скважины. Цементация применяется для уменьшения водопроницаемости грунтов и увеличения их прочности. Наиболее часто для цементация грунтов используют смесь цемента с водой, иногда в раствор добавляют мелкий песок. Чем меньше поры и тоньше трещины в грунте, тем более жидкий раствор применяют для его закрепления. Обычно на 1 часть цемента берут 10–50 частей (по массе) воды. Рисунок 2.12. Погружение инъектора: 1 – отбойный молоток; 2 – оголовок; 3 – трубаудлинитель; 4 – перфорированная часть с острием; 5 – труба-кожух Рисунок 2.13. Нагнетание раствора: 1 – оголовок; 2 – трубаудлинитель; 3 – перфорированная часть с острием; 4 – домкраты; 5 – растворопровод; 6 – зона цементации 36 Рисунок 2.14. Последовательность нагнетания раствора при устройстве противофильтрационной завесы: 1 – зона цементации; 2 – I, II, III скважины Рисунок 2.15. Схема цементации нисходящими зонами: 1 – зона цементации; 2 – I, II, III скважины 1-й, 2-й и 3-й очереди; 1-я, 2-я, 3-я – зоны цементации по высоте Рисунок 2.16. Схема цементации восходящими зонами: 1 – зона цементации: 2 – I, II, III скважины 1-й, 2-й и 3-й очереди; 1-я, 2-я, 3-я – зоны цементации по высоте 37 Рисунок 2.17. Схема инъецирования в скважины цементно-песчаного раствора: I – бурение скважин; II – установка арматурного каркаса; III – бетонирование скважины; IV – готовая скважина; 1 – рабочий орган буровой установки; 2 – обсадная труба; 3 – арматурный каркас; 4 – цементнопесчаный раствор Рисунок 2.18. Химическое закрепление пылевато-глинистых грунтов высоконапорной инъекцией (цементным; илоцементным, цементно-песчаным раствором): 1 – существующий фундамент; 2 – вертикальная шахта; 3 – горизонтальные скважины; 4 – инъекторы для нагнетания под высоким давлением (до 10 МПа) цементного, илоцементного, цементно-песчаного раствора; 5 – манжеты для поддержания высокого давления; 6 – направление распространения закрепляющих растворов; 7 – контуры упрочненного грунта 38 2.1.3. Закрепление грунтов оснований смолизацией Смолизация заключается в нагнетании в поры грунта через систему инъекторов растворов синтетических смол, способных твердеть в грунте: карбамидная смола с отвердителями (например, соляная кислота); фенольные, фурановые синтетические смолы и в том числе получаемые из отходов производства. Для закрепления мелких и пылеватых песков с Kf = 0,5–5 м/сут. На рис. 2.19 и 2.20 – по характеру расположения инъекторов у фундамента закрепление подразделяется на вертикальное, наклонное, горизонтальное и комбинированное. Рисунок 2.19. Схемы усиления фундаментов с помощью инъекторов: а – вертикальная; б – наклонная; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – инъекторы; 3 – смола а) б) Рисунок 2.20. Схемы усиления фундаментов с помощью инъекторов: а – горизонтальная; б – комбинированная: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – инъекторы; 3 – смола; 4 – стена; 5 – технологический колодец 39 Рисунок 2.21. Схема закрепления грунтов под фундаментами существующих зданий по горизонтальной технологии: 1 – инъекторы; 2 – технологические колодцы; 3 – закрепленный массив Примером применения раствора карбамидной смолы является укрепление пылеватых песков в основании Государственного академического театра оперы и балета им. С.М. Кирова в СанктПетербурге во время его реконструкции. Для закрепления супесей и суглинков в последнее время начинают применять электросмолизацию. 2.1.4. Закрепление грунтов оснований глинизацией Глинизация используется для уменьшения водопроницаемости грунтов, как правило, песков. Нагнетание глинистой суспензии в сравнительно тонкие поры песков приводит к выпаданию в них глинистых частиц, что ведет к заилению песков. Глинизацию применяют только при небольших скоростях движения подземных вод во избежание уноса раствора из тампонированной зоны. 40 В качестве тампонажного раствора используют чистый глинистый раствор плотностью 1,2–1,3 г/см3. При повышении давления до 2 МПа и более вода из этого раствора отжимается, а обезвоженное глинистое тесто заполняет пустоты и придают породе водонепроницаемость. Рисунок 2.22. Манжетнотампонный инъектор: 1 – тампон; 2 – стенка скважины; 3 – отверстия; 4 – резиновая манжета; 5 – колонна труб; 6 – перфорированная часть; 7 – обойменный глиноцементный раствор 41 Рисунок 2.23. Инъекторы-тампоны пневматические: а – одинарный; б – двойной; 1 – гайка; 2 – шайбы; 3 – кольцо уплотнительное; 4, 10 – штуцера; 5, 9 – хомуты; 6 – шланг для раствора; 7 – шланг для воздуха; 8 – прокладка; 11 – крышка верхняя; 12 – муфта опорная верхняя; 13 – манжета из вулканизированной резины; 14 – труба; 15 – муфта опорная нижняя; 16 – заглушка; 17 – муфты; 18 – перфорированная труба 42 Рисунок 2.24. Инъектор-тампон гидравлический одинарный: 1 – шайбы; 2 – кольца уплотнительные; 3 – гайки; 4 – штуцер; 5 – хомут; 6 – шланг для раствора; 7 – прокладка; 8 – крышка; 9 – муфты опорные; 10 – манжета из вулканизированной резины; 11 – труба перфорированная; 12 – корпус клапана; 13 – шайба из резины; 14 – головка клапана 2.1.5. Закрепление грунтов оснований битумизацией Битумизацию применяют при больших скоростях фильтрации и трещиноватых скальных и полускальных породах, т.е. в 43 условиях, когда исключается использование цементации и глинизации. Битумизация применяется для уменьшения водопроницаемости грунтов (в случае ее применения фильтрация воды прекращается или сильно снижается). Способ горячей битумизации состоит в том, что расплавленный битум нагнетается через пробуренные скважины и, остывая в породе, придает ей водонепроницаемость. Недостатком способа является выдавливание битума из трещин при длительном действии напорных подземных вод, поэтому метод, как в гидротехническом, так и в гражданском строительстве, применяется редко. Способ холодной битумизации нашел применение для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации Kf = 10– 50 м/сут, в основном, для придания им водонепроницаемости. Способ заключается в нагнетании в закрепляемый грунт битумной эмульсии. В связи с тем, что технология приготовления битумной эмульсии значительно сложнее технологии приготовления растворов для силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации широкого распространения также не получил. Рисунок 2.25. Химическое закрепление грунтов нагнетанием в основание растворов (цементация, битумизация; силикатизация, смолизация и др.): 1 – существующий фундамент; 2 – инъекторы, погружаемы с поверхности основания; 3 – закрепленный грунт; 4 – направление распространения закрепляющих растворов; 5 – шланг для подачи раствора 44 Рисунок 2.26. Химическое закрепление грунтов нагнетанием в основание растворов (цементация, битумизация; силикатизация, смолизация и др.): 1 – существующие фундаменты; 2 – технологические колодцы; 3 – инъекторы, погружаемые из колодцев в горизонтальном направлении; 4 – направления погружения инъекторов; 5 – закрепленный грунт; 6 – помещения для размещения технологического оборудования 45 Рисунок 2.27. Химическое закрепление водонасыщенного грунта защелачиванием (Уфимский НИИпромстрой): 1 – существующий фундамент; 2 – инъекторы, погружаемые с поверхности для нагнетания в грунт раствора щелочи (7,5Н концентрации, плотность 1,27 г/см3); 3 – зона упрочненного грунта; 4 – направление распространения щелочи в массиве грунта 46 Рисунок 2.28. Химическое закрепление грунтов под существующим зданием в связи со строительством метро: М – тоннель метро; И – инъекторы 2.1.6. Закрепление грунтов оснований термическим методом Термический метод применяют чаще всего для закрепления лессовых просадочных грунтов. Для обжига грунта в пробуренных скважинах сжигают топливо (газообразное, жидкое или твердое), в качестве которого используют обычно природный и другие горючие газы, соляровое масло, мазут и т.д. С целью поддержания процесса горения в скважины подают воздух под давлением. Эффективный обжиг лессового грунта происходит при в диапазоне температур 400–800 °С. При температуре ниже 300 °С устранение просадочных свойств не обеспечивается, а при температуре выше 900 °С происходит спекание грунта и оплывание стенок скважины. Средний диаметр закрепленного массива грунта вокруг скважины составляет 1–2,5 м. Прочность на сжатие образцов термически закрепленного грунта 1,5–2,0 МПа. 47 Рисунок 2.29. Схема установки для термического закрепления грунтов: 1 – закрепленный грунт; 2 – форсунка; 3 – компрессор; 4 – емкость с топливом; 5 – насос для подачи топлива; 6 – лѐссовый грунт; 7 – непросадочный грунт; 8 – трубопровод Рисунок 2.30. Конструкция форсунки: 1 – запорная игла; 2 – полость для подачи воздуха для распыления топлива; 3 – полость для охлаждения корпуса форсунки; 4 – труба; 5 – скважина 48 Рисунок 2.31. Термическое закрепление грунтов: 1 – существующий фундамент; 2 – скважины; 3 – форсунка с наконечником; 4 – пламя; 5 – закрепленный грунт; 6 – направляющая трубка для подачи топлива Рисунок 2.32. Схема термического укрепления грунтов: 1 – кирпичная труба; 2 – бетонный фундамент; 3 – скважина для обжига; 4 – зона термически укрепленного грунта; 5 – кювет для отвода дождевых вод; 6 – водозащитная обваловка; 7 – навес 49 Рисунок 2.33. Устройство термостолбов: 1 – форсунка; 2 – распорные кольца; 3 – грунт; 4 – кран; 5 – эластичная оболочка; 6 – термопара; 7 – усиливаемый фундамент С целью закрепления оснований в Запорожье (рис. 2.33) был осуществлен обжиг оснований на ряде деформированных зданий. Аварийное состояние детского сада наступило в связи с прорывом коммуникаций и локальным замачиванием основания. Здание имело размер в плане 12 32 м. Фундаменты ленточные с глубиной заложения 2–5 м. В основании залегали лессовидные грунты II типа грунтовых условий по просадочности. Проектом усиления предусматривалось обжечь 37 столбов на глубину 9 м. Термостолбы предусматривались под наружными и внутренними сте50 нами. Диаметр столба 2 м, расстояние между скважинами для обжига 3–5 м. После обжига осадки прекратились. Обжиг выполнялся по следующей технологии. Затвор устанавливали в устье скважины непосредственно с поверхности. Фильтрация газообразных продуктов в верхние слои грунта предотвращалась путем экранирования стенок скважины на глубину ниже подошвы фундамента. Экранирование осуществлялось установкой воздухонепроницаемой оболочки из стеклоткани, поджимаемой к стенкам в 2–3 местах по высоте с распорными кольцами. С помощью удлиненной форсунки обжиг обеспечивался в нижней части скважины. По мере обжига нижних слоев грунта удлинитель форсунки укорачивался путем снятия верхних секций труб, и факел поднимался по скважине для обжига вышерасположенных слоев. Процесс обжига контролировался с помощью термопар, установленных в рабочей скважине и в контрольных шпурах. Температура нагрева слоя грунта, подстилающего подошву фундамента, не превышала 300 °С. 2.1.7. Электрохимическое закрепление Слабые грунты (илы, глины и суглинки, находящиеся в текучем и текучепластичном состоянии), как правило, имеют коэффициент фильтрации Kf меньше 0,1–0,2 м/сут, поэтому применять метод однорастворной силикатизации нельзя. Чтобы ввести растворы силиката натрия и хлористого кальция двухрастворным методом через такие грунты пропускают постоянный электрический ток. При пропускании тока в грунтах развивается электроосмосдвижение воды, находящейся в порах, от анода к катоду. Используя это явление, через перфорированный анод вводят в грунты химические вещества, в том числепоследовательно раствор силиката натрия и хлористого кальция. Это позволяет закрепить грунты с коэффициентом фильтрации Kf = 0,1–0,005 м/сут (пылеватые пески, супеси и легкие суглинки). 51 Рисунок 2.34. Электрохимическое закрепление водонасыщенных глинистых, пылеватых и илистых грунтов (электросиликатизация, электролитическая обработка, электроосмотическое уплотнение): 1 – существующий фундамент; 2 – инъекторы-электроды (или стержни-электроды), погружаемые с поверхности; 4 – очередное положение инъекторовэлектродов (или стержней электродов); 5 – кирпичная стена; 6 – вскрытый пазух фундамента 52 Рисунок 2.35. Схема электроуплотнения илистых грунтов: 1 – грунт илистый; 2 – песок; 3 – катоды; 4 – аноды; 5 – трубопровод водоотлива; 6 – депрессионный уровень после осушения; 7 – перфорированная часть электрода; 8 – уплотненный массив; 9 – катодный ряд; 10 – анодное ограждение; 11 – источник постоянного тока 53 2.2. Конструктивные методы усиления оснований К конструктивным методам усиления оснований относятся: – устройство подушек (из песка или местного связного грунта); – устройство шпунтового ограждения; – создание боковых пригрузок; – армирование грунта; – устройство противофильтрационных завес. 2.2.1. Устройство грунтовых подушек При действии на грунт внешней местной равномерно распределенной нагрузки наибольшие нормальные напряжения возникают в нем непосредственно в месте ее приложения. С глубиной и в стороны от площади загружения напряжения быстро уменьшаются вследствие рассеяния в окружающем грунте. Как известно, зоны сдвигов возникают под краями фундаментов и затем развиваются в глубину и частично в стороны. Если в пределах области возможных значительных уплотнений и зон сдвигов заменить слабый грунт на малосжимаемый с относительно высоким сопротивлением сдвигу, то можно существенно улучшить работу грунтов в основании. Примером такого решения является устройство под фундаментами подушек песчаных или из другого материала (гравия, щебня, шлака, отходов различных производств). Песчаные грунтовые подушки устраивают в слабых сильносжимаемых грунтах (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные, насыпные и пучинистые грунты). 54 Рисунок 2.36. Песчаная подушка под фундамент К материалу, применяемому для подушек, предъявляются следующие требования: удобоукладываемость с заданной плотностью, малая сжимаемость, относительно высокое сопротивление сдвигу, устойчивость при движении подземных вод. Песок в подушке должен быть уплотнен, так как, если он будет находиться в рыхлом или близком к рыхлому состоянию, возможна его осадка в результате динамических воздействий, а также замачивания. По этой же причине не допускается укладка в подушку мерзлого песка, не поддающегося уплотнению. При большой стоимости песка для устройства подушек иногда используются местные грунты, поддающиеся уплотнению. Выше уровня подземных вод можно применять супеси, суглинки и даже глины. В подушку эти грунты укладывают при определенной влажности с тщательным контролем за однородностью состава и степенью их уплотнения. В тех случаях, когда толщина недостаточно прочного и сильносжимаемого грунта под подошвой фундамента не превышает 1,5–2 м, грунтовую (или песчаную) подушку следует доводить до кровли подстилающего прочного слоя. При значительной толщине слабых грунтов грунтовые подушки применяют для частичной замены сильносжимаемых 55 грунтов в основании, поэтому расчетная схема может быть представлена в виде двухслойного основания: первый слой – грунтовая подушка, второй – естественное основание. При проектировании грунтовых подушек необходимо установить их толщину (глубину заложения) и размеры в плане. Толщину подушки hcs принимают, исходя из давления, которое можно передать на подстилающие ее грунты. Расчетное сопротивление грунтов устанавливают как на подстилающий слой слабого грунта: σzрсл.сл + σzg сл.сл ≤ Rzсл.сл ; (2.2) S ≤ Su где σzpсл.сл – вертикальное напряжение на слабый слой грунта от внешней нагрузки по подошве песчаной подушки; σzgсл.сл – вертикальное напряжение от собственного веса грунта, приходящееся на слабый слой грунта в основании песчаной подушки; S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» [5]; Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения в соответствии со СНиП [5]. Рисунок 2.37. Схема к расчету грунтовой подушки 56 Размеры подушки в плане зависят от сопротивляемости горизонтальному давлению грунта, расположенного по сторонам от нее. Эта характеристика должна исключать возможность деформации подушки в стороны. Для определения ширины подушки задаются распределением давления в ней под углом α, равным обычно 30–45º, тогда bcs = b + 2 hcs ∙ tg α. (2.3) Устойчивость грунтовой подушки будет обеспечена, если выполняется условие: γс ∙ Fhn / Fha ≥ γn, (2.4) где γс – коэффициент условий работы (зависит от вида грунта); Fhn – пассивное давление слабого грунта; Fha – активное давление грунтовой подушки; γn – коэффициент надежности. Fhn = γ1 ∙ z · λn, где γ1 – удельный вес слабого грунта; (2.5) z = d + 0,5 hcs; здесь hcs = hn – высота грунтовой подушки; d – глубина заложения подошвы фундамента; λn – коэффициент пассивного давления λn = tg2(45º + 1/2); здесь 1 – угол внутреннего трения слабого слоя. Fha = γ2 ∙ hcs ∙ z ·λa = γ2 ∙ hcs ∙ (d + 0,5 ∙ hcs) ∙ λa, (2.6) где γ2 – удельный вес грунтовой (песчаной) подушки; λa – коэффициент активного давления, здесь λa = λn = tg2(45º – 2/2), где 2 – угол внутреннего трения грунтовой (песчаной) подушки. Грунтовые подушки не рекомендуется применять при возможном вымывании песка из тела подушки (явление суффозии), а также при заложении фундамента выше расчетной глубины сезонного промерзания, так как возможно пучение грунта в теле подушки при его замерзании. 57 2.2.2. Устройство шпунтовых ограждений Шпунтовое ограждение основания применяют часто при сооружении отдельных фундаментов, для фундаментов мостовых опор, маяков, а также для фундаментов круглого очертания в плане. Шпунт забивается по всему периметру фундамента, чтобы избежать выпирание слабого грунта из-под фундамента. В этом случае через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт забивают шпунт с заделкой его в фундаментную плиту, под которой устраивают дренирующую песчаную подсыпку. Такое решение возможно под сооружениями, допускающими значительную осадку (рис. 2.38). Рисунок 2.38. Укрепление основания, сложенного слабыми грунтами: 1 – шпунт; 2 – фундаментная плита; 3 – дренирующая песчаная подсыпка; 4 – слабый грунт; 5 – плотный грунт Усиление оснований может быть выполнено путем устройства по периметру фундамента (ленточного, столбчатого) ограждающей стенки из шпунта, труб и свай. Стенки глубиной 2,5–3 ширины фундамента должны располагаться на минимальном расстоянии от фундамента, как это позволяет технология производства работ. 58 Рисунок 2.39. Устройства шпунтовых стенок из прокатного металла: 1 – существующий фундамент; 2 – стенки из металлического шпунта; 3 – несущий слой (слабый грунт); 4 – подстилающий слой (прочный грунт); 5 – кирпичная стена Рисунок 2.40. Устройство шпунтовых стенок в подвале здания: 1 – существующий фундамент; 2 – стенка из стального шпунта; 3 – поверхность скольжения при выпоре грунта из-под подошвы фундамента; 4 – пол подвала 59 Рисунок 2.41. Устройство шпунтовых стенок между зданиями: 1 – фундамент существующего здания (бутовый); 2 – сборный железобетонный фундамент пристраиваемого здания; 3 – разъединительная шпунтовая стенка; 4 – ось осадочного шва Рисунок 2.42. Защитное шпунтовое ограждение: 1 – существующий фундамент; 2 – проектируемое здание; 3 – грунт основания; 4 – шпунт; 5 – прочный грунт; 6 – существующее здание 60 2.2.3. Создание боковых пригрузок С целью исключения выпора слабого грунта из-под малочувствительного к неравномерным осадкам сооружениям на поверхности грунта в пределах возможной призмы выпирания иногда устраивают пригрузку. Чаще всего такое решение используют при устройстве насыпей. Пригрузки, устраиваемые путем отсыпки грунта, повышают устойчивость основания насыпи. Рисунок 2.43. Укрепление основания, сложенного слабыми грунтами: 1 – насыпь; 2 – пригрузка; 3 – слабый грунт 2.2.4. Армирование грунта Армирование грунтов оснований выполняют для устранения просадочности лессовых грунтов, повышения прочности и устойчивости оснований, повышения устойчивости подпорных стенок, откосов земляных сооружений и оползневых склонов. Под армированием основания понимается улучшение физикомеханических свойств грунтового массива, служащего основанием, путем устройства в нем более прочных элементов, совместно работающих с грунтом и конструктивно не связанных с фундаментом какими-либо выпусками или омоноличиванием. Армирование массивов грунта основывается на взаимодействии уплотненных и закрепленных массивов, а также элементов повышенной жесткости с окружающим грунтом. Достижение необходимых качеств основания добиваются за счет введения в толщу грунта элементов повышенной прочности, которые хорошо работают на сжатие или растяжение и имеют высокое сцепление и трение с окружающим грунтом. 61 Армирование грунтового массива может быть выполнено путем технологии винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Рисунок 2.44. Технология устройства армирующих элементов с упрочнением стенок и оснований армиующих элементов: 1 – основной корпус; 2 – перемычка; 3 – отверстие для заполнения скважины материалом упрочнения грунта; 4 – лопасти; 5 – дополнительный корпус; 6 – штанга; 7 – канал для подачи материала в скважину; 8 – зона закрепленного грунта у стенки скважины; 9 – материал для упрочнения грунта; 10 – уширение основания армирующего элемента; 11 – скважина;12 – ствол армирующего элемента; I – проходка скважины с упрочненными стенками; II – заполнение скважины материалом уплотненного грунта; III – формирование уширенного основания; IV – готовый армирующий элемент с уширивающим основанием 62 Рисунок 2.45. Двухкорпусный спиралевидный снаряд: 1 – основной корпус; 2 – перемычка; 3 – отверстие для закрепления скважины материалом упрочнения грунта; 4 – лопасти; 5 – дополнительный корпус; 6 – штанга; 7 – канал для подачи материала в скважину В грунтовых массивах конструктивное расположение армирующих элементов может быть вертикальным, горизонтальным, наклонным в одном направлении, наклонным в двух и более направлениях, прерывистым и в виде различного вида ячеистых структур. 63 Рисунок 2.46. Схема армирования грунтовых массивов с вертикальным расположением армирующих элементов: 1 – сплошные армирующие элементы; 2 – распределительная подушка; 3 – поверхность сползания массива; 4 – вертикальное ограждение подпорной стенки; 5 – прочный грунт; 6 – фундамент а) б) Рисунок 2.47. Схема армирования грунтовых массивов: а – с расположением армирующих элементов в двух направлениях; б – с прерывистым расположением армирующих элементов; 1 – сплошные армирующие элементы; 2 – распределительная подушка; 3 – поверхность сползания массива; 4 – прочный грунт; 5 – фундамент; 6 – насыпь; 7 – прерывистые армирующие элементы 64 а) б) Рисунок 2.48. Схема армирования грунтовых массивов: а – с горизонтальным расположением армирующих элементов; б – армирование массива в виде ячеек: 1 – фундамент; 2 – армирующие элементы в виде сеток и гибких стержней; 3 – поверхность сползания массива; 4 – подпорная стенка; 5 – насыпь; 6 – армирующие элементы в виде ячеистых структур В зависимости от физико-механических характеристик грунтов и задач, которые решаются при армировании, выбирается характер расположения армирующих элементов и технология их выполнения (табл. 2.2). 65 Таблица 2.2 Классификация способов армирования оснований Классификация способов армирования оснований по характеру расположения армирующих элементов 1 Вертикальное Область применения способа 2 Упрочнение оснований, повышение устойчивости оснований и склонов, укрепление откосов котлованов Материалы, используемые Способы выполнения для выполнеармирующих элеменния армитов рующих элементов 3 4 Погружение эле- Железобетон ментов в виде свай Проходка скважин и Бетон, шлазаполнение их ма- кобетон, териалом с уплот- шлак, щенением бень, раствор, цементнопесчаные смеси, грунтоцемент Проходка скважин с Материалы одновременным закрепления: закреплением грун- смолы, жидта кое стекло, цементный раствор (материалы заполнения скважин указаны выше) Применение струй– ной технологии Укрепление микро- Грунтоцесваями, армирова- мент, цение корневидными ментнои буроинъекцион- песчаный ными сваями раствор, железобетон 66 1 Наклонное в одном направлении Наклонное в двух направлениях и более 2 Повышение устойчивости склонов и откосов, армирование обратных засыпок подпорных стен Повышение устойчивости склонов, повышение несущей способности оснований при реконструкции Продолжение табл. 2.2 3 4 Тот же, что и при Те же, что и вертикальном рас- при вертиположении, кроме кальном микросвай. Кроме расположеэтого, укладка ар- нии, кроме матуры при устрой- шлака, щебстве обратных за- ня и цеменсыпок подпорных тогрунтов. стен по мере их вы- Стальная полнения арматура, сетки из полимеров Проходка скважин и Железобезаполнение их ма- тон, бетон териалами с уплотнением Проходка скважин с Материалы одновременным закрепления: закреплением грун- смолы, жидта кое стекло, цементный раствор; материалы заполнения скважин: железобетон, бетон, цементнопесчаный раствор Применение струй- Железобеной технологии. тон; Армирование кор- цементноневидными и буро- песчаный инъекционными раствор сваями 67 1 Горизонтальное Прерывистое Ячеистые структуры 2 Для исключения выпора грунта из-под сооружения; армирование обратных засыпок подпорных стенок; повышение устойчивости насыпей и оснований Повышение устойчивости насыпей Упрочнение оснований, повышение устойчивости оснований, укрепление откосов, насыпей и подпорных стен Окончание табл. 2.2 4 Укладка арматуры Стальные при устройстве на- сетки и сыпей и засыпок стержни; сетки и ткань из полимеров; железобетонные элементы; Применение струй– ной технологии 3 Укладка элементов при послойном устройстве насыпи Применение струйной технологии Железобетон, бетон, сталь, пластмассы Растворы на основе цемента, полимеров и жидкого стекла 2.2.5. Устройство противофильтрационных завес Для исключения подъема уровня подземных вод и предотвращения ослабления оснований применяют противофильтрационные завесы, с помощью которых защищаемую территорию отделяют от источника обводнения. Применение профильтрационных завес рекомендуется рассматривать в сочетании с дренажем, что может дать экономию за счет снижения затрат на строительство и эксплуатацию дренажа и уменьшить приток воды к защищаемому объекту. Устройство завес осуществляется как специальным оборудованием, так и общестроительным, например, экскаватором-драглайном, который разрабатывает траншею, заполняемую вслед за этим глинистым грунтом. 68 Устройство тиксотропных противофильтрационных экранов толщиной 0,15–0,25 м производят с применением механизмов ударного, режущего, вибрационного и воздушного действия. В качестве машины ударного действия используют копровый агрегат, который вплотную друг к другу погружает в грунт несколько стальных шпунтин или пустотелых свай. Затем первый погруженный элемент извлекают гидравлическим трактором, а в образовавшуюся полость подают глиноцементный или глинистый раствор, обладающий тиксотропными свойствами. Тиксотропную суспензию приготавливают из бентонитовой глины, способную поглощать воду в количестве до 7 раз больше собственной массы, а после водонасыщения загустевать, приобретая водоотталкивающие свойства. Извлеченный элемент погружают в месте, расположенном от последнего погружения на расстоянии не более чем ширина стороны поперечного сечения погруженного элемента. Это будет повторяться до тех пор, пока не сформируется противофильтрационная завеса. Погружение и извлечение пустотообразующих элементов можно выполнять с применением вибрационного оборудования. Рисунок 2.49. Устройство тиксотропного противофильтрационного экрана: 1 – свая, извлекаемая из грунта; 2 – свая; 3 – противофильтрационный экран; 4 – трубы для подачи суспензии, приваренные к сваям 69 Противофильтрационный экран может быть устроен с помощью оборудования, которое разработано шведской фирмой «Алимак» (рис. 2.50). В массиве грунта бурится скважина глубиной до 10 м и диаметром 0,5 м. в момент, когда бур начинает извлекаться из скважины, через его полый вал под давлением подается цемент и перемешивается с разрыхленным грунтом. В грунте образуется цементно-грунтовая свая. Затем на расстоянии, меньшем диаметра сваи, бурится новая скважина, в которой также устраивается цементная колонна. Между двумя колоннами снова бурят скважину, при этом частично захватывая материал двух соседних свай. В результате образуется стенка из сомкнутого ряда свай, обладающая противофильтрационными свойствами. Оборудование позволяет устраивать не только вертикальные, но и наклонные сваи (до 15° во всех направлениях). Рисунок 2.50. Оборудование для устройства цементно-грунтовых свай «Алимак»: а – общий вид установки; б – схема устройства скважины; 1 – базовый трактор; 2 – емкость с цементом; 3 – рукав для подачи цемента; 4 – рама бура; 5 – привод вращения бура; 6 – бур; 7 – полый вал бура; 8 – отверстие для подачи цемента; 9 – цементно-грунтовая свая 70 Противофильтрационная завеса также может быть устроена методом «стена в грунте» (рис. 2.51). Рисунок 2.51. Устройство противофильтрационных завес методом «стена в грунте»: 1 – фундаменты существующего здания; 2 – противофильтрационная завеса траншейного типа, устраиваемая методом «стена в грунте и заполняемая глиноцементной смесью; 3, 4 – соответственно депрессионная кривая до и после устройства противофильтрационной завесы; 5 – уровень воды в водоеме 71 2.3. Механические методы упрочнения оснований Механические Поверхностное уплотнение грунтов Глубинное уплотнение грунтов Предварительное обжатие грунтов Уплотнение трамбовками и трамбующими машинами Устройство грунтовых, шлаковых, грунтоцементных известковых свай Понижение уровня подземных вод Укатка катками и грузоуплотняющими машинами Уплотнение площадочными вибраторами Вытрамбовывание котлованов или траншей под фундаменты Глубинное виброуплотнение Предварительное замачивание Предварительное замачивание с подводными взрывами Уплотнение внешней пригрузкой Устройство вертикальных дрен (песчаных, картонных, геодрен и др.) Глубинные взрывы после предварительного замачивания Глубинное глино-виброуплотнение взрывами 2.3.1. Поверхностное уплотнение грунтов Производя удары трамбовкой по дну котлована, можно уплотнить грунты некоторых видов и тем самым существенно улучшить их качество. К таким грунтам относятся ненасыщенные водой пылевато-глинистые грунты с коэффициентом водонасы72 щения Sr ≤ 0,75 и, независимо от степени насыщения водой, крупнообломочные и песчаные грунты. Толщина слоя уплотняемого грунта зависит от интенсивности воздействия применяемой трамбовки или катка и свойств грунта. Ориентировочные данные о возможной толщине уплотняемого слоя приведены ниже. Устройства для уплотнения Толщина уплотняемого слоя, м Пневматические трамбовки 0,1–0,2 Катки: гладкие 0,10–0,25 кулачковые 0,20–0,35 Виброкатки 0,40–1,20 Катки с падающими грузами массой 0,8–1,7 т 1,00–1,50 Виброплиты 0,20–0,60 Молот двойного действия массой 2,2 т на металлической плите (поддоне) 1,20–1,40 Тяжелые трамбовки массой, т: 2–3 1,50–2,00 4,5–5 2,50–3,00 10 5,50–6,00 2.3.1.1. Уплотнение трамбовками и трамбующими машинами Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками получило большое распространение для ликвидации просадочных свойств грунтов. Уплотнение тяжелыми трамбовками рекомендуется применять при коэффициенте водонасыщения не более 0,7 (Sr ≤ 0,7 и плотности сухого грунта d не выше 1,55 т/м³). Применяются трамбовки массой 5–7 т, которые сбрасываются с высоты 6–8 м. Это позволяет уплотнить основание на глубину 2,5–3,5 м. В настоящее время этим методом можно уплотнить грунты до 6–10 м. 73 Грунты уплотняют до плотности сложения, при которой они обладают деформативностью не выше заданной и требуемой прочностью. Уплотнение достигается ударами трамбовки до 8 раз по одному месту. Режим уплотнения устанавливают экспериментально. При этом определяют оптимальные влажность и плотность. Уплотнение производят до определенной плотности сложения. Обычно уплотняют до значения плотности сухого грунта d = 1,65– 1,7 т/м³, а на нижней границе уплотненной зоны d = 1,6 т/м³. Трамбовки изготавливают из железобетона или металла в виде усеченного конуса с низко расположенным центром тяжести, при котором обеспечивается вертикальность падения и устойчивость трамбовки при ударе по грунту. Трамбовку подвешивают к стреле крана через специальную подвеску, исключающую скручивание каната. Высота сбрасывания трамбовки зависит от массы трамбовки. В отечественной практике применяют трамбовки диаметром по нижнему основанию 1,2–3 м; диаметр и масса трамбовок назначаются в зависимости от требуемой глубины уплотнения, формы и размеров уплотняемых площадей. При назначении массы трамбовки следует исходить из того, чтобы статическое давление на грунт составляло не менее 15 МПа. Уплотнение тяжелыми трамбовками применяют при уплотнении лессовых просадочных, рыхлых песчаных и слабых пылевато-глинистых грунтов. Уплотнение оснований производят с поверхности открытого котлована по всей площади застраиваемого здания или под отдельными фундаментами. 74 Рисунок 2.52. Трамбовка для поверхностного уплотнения грунтов: 1 – скоба для подъема трамбовки; 2 – отверстие в скобе; 3 – кожух; 4 – поддон; 5 – вертикальная арматура; 6 – горизонтальная арматура 75 Рисунок 2.53. Поверхностное уплотнение грунтов: 1 – трамбовка; 2 – полоса перекрытия; 3 – место стоянки экскаватора; 4 – ось проходки экскаватора 76 Рисунок 2.54. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками: а – конструкция тяжелой трамбовки; б – схема производства работ; 1 – стальной лист толщиной 20 мм; 2 – стальные пластины толщиной 20 мм; 3 – арматурные стержни; 4 – устройство для присоединения к канату; 5 – пространство, заполняемое бетоном; 6 – кран; 7 – трамбовка; 8 – проектная отметка; 9 – отметка дна котлована перед трамбовкой; 10 – направление движения крана; 11 – уплотненный грунт; 12 – полоса, уплотненная с одной стоянки; 13 – стоянки крана через 0,9 d Уплотнение грунта ведется участками: число ударов «по следу» принимается из условия уплотнения основания до «отказа» – это соответствует числу ударов, начиная с которого приращение понижения трамбуемой поверхности происходит на одну и ту же величину (значение «отказа» уточняется на строительной площадке опытным трамбованием). При необходимости уплотнение дна котлована глубина его разрабатывается с недобором на величину понижения поверхности при трамбовании ∆h, которая также устанавливается при опытном уплотнении. 77 Поскольку дно котлована при поверхностном уплотнении грунта понижается на величину ∆h, отметку дна котлована при его отрыве принимают соответственно выше. После окончания процесса трамбования разрыхленный верхний слой толщиной от 7 до 10 см следует доуплотнить либо легкими ударами трамбовки, сбрасываемой с высоты 0,5–1 м, либо катками (при больших площадях трамбуемой поверхности). Рисунок 2.55. Схема опытного участка для уплотнения лыми трамбовками: 1–3 – участки грунта соответственно 0,8Wp, 1,0Wp, 1,2Wp; 4 – трамбовками; 5 – точки нивелирования шурфы или радиометрические скважины ния d и W грунтов тяжес влажностью следы ударов (штыра); 6 – для определе- Уплотнение грунта трамбовками массой 5–7 т в пределах отдельных участков следует производить циклами с последовательным переходом от следа к следу (рис. 2.56а). В каждом цикле по каждому следу производят 2–3 удара. В каждом последующем цикле трамбование ведут со смещением следов трамбования предыдущего цикла на половину диаметра трамбовки. Последовательность циклов сохраняется до тех пор, пока не будет произведено то число ударов, при котором достигается проектный «от78 каз», устанавливаемый в начале работы по результатам опытного уплотнения. Уплотнение трамбовками массой 10–15 т ведется со смещением следов на расстояние, равное одному диаметру трамбовки. (рис. 2.56б). При этом по одному следу дается заданное число ударов по уплотнению до «отказа». а) б) 1-й цикл 2-й цикл Рисунок 2.56. Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками на отдельных участках: а – трамбовкой массой 5–7 т; б – то же массой 10–15 т 79 Таблица 2.3 Технологические параметры уплотнения оснований тяжелыми трамбовками Оборудование Э-10011 и Э-1252, трамбовки диаметром 1,2 м, массой 2,5 т То же диаметром 1,6 м, массой 3,5 т То же диаметром 1,8 м, массой 5,5 т То же диаметром 2 м, массой 5–7 т Э-2503 и Э-2505, трамбовки диаметром 2,4 м, массой 10 т То же диаметром 3 м, массой 15 т Толщина уплотВысота няемого слоя, м, сбрана грунтах сывания песчатрам- пылеватоных, бовки, глинигравем стых листых Число Сменная ударов произпо од- водитель ному ность, м3 следу 6–8 1,5–2,0 1,8–2,2 12–14 100–300 6–8 2,0–2,3 6–8 2,5 2,7–3,0 12–14 100–300 6–8 3,2–3,5 3,5–3,8 12–14 100–300 10–12 5,0–5,5 6,0 10–12 300–400 10–12 7,0 8,0 8–10 2,3 12–14 100–300 400–500 В Швеции применяли сверхтяжелые трамбовки массой 40 т, свободно падающие с высоты 40 м. Это позволило уплотнить щебеночно-каменную насыпь на глубину до 40 м. 2.3.1.2. Уплотнение грунтов катками и грунтоуплотняющими машинами Уплотнение грунтов катками, легкими трамбовками и другими механизмами и транспортными средствами выполняют при оптимальной влажности. Уплотнение ведут до определенной степени плотности, которая выражается через коэффициент уплотнения: kcom = d/ 80 d max, (2.7) где – плотность сухого грунта; d max – максимальная плотность сухого грунта, полученная из опыта стандартного уплотнения. d 1,75 d max, т/м3 1,65 1,55 1,45 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 W Рисунок 2.57. Зависимость плотности сухого уплотняемого гравелистого грунта от влажности: 1 – кривая стандартного уплотнения; 2 – оптимальная влажность; 3 – максимальная плотность d max = 1,74 т/м3 при kcom = 1 и W = W0; 4 – kcom = 0,98 d = 1,7 т/м3 и W = 0,165–0,195; 5 – kcom = 0,95 при d = 1,65 т/м3 и W = 0,153–0,202; 6 – kcom = 0,92 при 3 d = 1,6 т/м и W = 0,145–0,208 Грунты с влажностью меньше оптимальной перед уплотнением доувлажняют путем подачи воды в открытый котлован. Расчетное количество воды, необходимое для замачивания определяют по формуле: Q d , com k Wopt W V , (2.8) W где d, com – среднее значение плотности сухого грунта в пределах распространения зоны уплотнения (h'com); W – плотность воды; 81 k – коэффициент, зависящий от климатических условий, k = 0,9 – при отсыпке в дождливое время, k = 1,1 – в сухое летнее; V – объем грунта. При этом трамбование начинают через 12–24 ч после проникания всей воды в грунт. При интенсивной испаряемости воды с поверхности грунта в котловане значение Q целесообразно увеличивать. Ход уплотнения контролируют зондированием. Рисунок 2.58. Схема опытного участка для уплотнения грунтов (стрелками показаны направление движения механизма): 1–3 – захватки соответственно с 6, 9 и 12 проходами; 4–6 – участки отсыпки грунта с влажностью соответственно равной 0,8Wp, 1,0Wp, 1,2Wp; 7 – шурфы или скважины для определения d и W уплотненного грунта; l и b – длина и ширина грунтоуплотняющего механизма 2.3.1.3. Вибротрамбование Вибротрамбование выполняется самоходными виброкатками при фронте работ, достаточном для их маневрирования и разворота, а в стесненных условиях применяют самопередвигагающиеся виброплиты и вибротрамбовки. Если трамбующие машины непрерывного действия, основанные на ударном воздействии, имеют практически одинаковую эффективность при уплотнении песчаных и глинистых грунтов, то машины, основанные на вибрационном и виброударном воздействии, эффективны только в песчаных грунтах. Основные технические показатели работы этих машин приведены в табл. 2.4. 82 Таблица 2.4 Основные технические показатели работы грунтоуплотняющих машин Механизмы 1 Пневмокатки весом, кН: 400 250 Груженые автомашины: БелАЗ КрАЗ МАЗ Трамбующая машина Д-471 Виброкатки весом, кН: 50 20 Виброплиты самопередвигающиеся: SVP-25 SVP-631 BSD-22 BSD-63 Вибротрамбовки самопередвигающиеся: ВУТ-5 ВУТ-3 Трамбовки электрические: ИЭ-4502 ИЭ-4504 Глубина уплотнения, м, в грунтах Число проходов (ударов) или время уплотнения при kcom 0,98 0,95 0,92 4 5 6 песчаных 2 глинистых 3 0,7 0,5 0,6 0,5 12 12 10 10 6 6 0,7 0,5 0,4 0,6 0,5 0,4 12 12 12 10 10 10 6 6 6 1,2 1 3 2 2 1 0,7 – – 3 3 2 2 2 2 30 50 30 80 – – – – 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 20 40 – – 4 4 3 3 2 2 25 35 20 25 4 4 3 3 2 2 83 Окончание табл. 2.4 1 2 3 4 5 6 Гидромолоты навесные: ГПМ-120 30 25 20* 15* 10* СП-62 80 70 20* 15* 10* Пеневмомолоты навесные: ПН-1300 30 25 20* 15* 10* ПН-2400 50 40 20* 15* 10* Вибропролеты подвесные: ВП-2 80 – 30* 25* 20* ВП-6 50 – 30* 25* 20* Вибротрамбовки подвесные ВПТ-3 80 60 30* 25* 20* Тяжелые трамбовки песком: m = 25 кН, 2,2 2 16 12 8 d = 1,2 м; m = 35 кН; 2,6 2,4 16 12 8 d = 1,4 м; m = 45 кН, 3 2,7 16 12 8 d = 1,6 м; m = 60 кН, 3,6 3,2 16 12 8 d = 2 м; m = 100–150 кН, 5,5–6,5 5–6 16 12 8 d = 3–3,5 м Примечания. 1. Значения глубины уплотнения даны для оптимальной влажности грунтов и соответствуют коэффициенту уплотнения kcom – 0,95. При уплотнении грунтов влажностью, в 1,2 раза большей или меньшей оптимальной, и при kcom = 0,98 глубина уплотнения снижается на 20 %. 2. Глубина уплотнения рыхлых глинистых грунтов принимается на 20–25 %, а песчаных – на 15–20 % больше приведенных значений. 3. Цифры, отмеченные звездочкой, обозначают время уплотнения (секунды) по одному следу для достижения соответствующего коэффициента уплотнения. 84 Рисунок 2.59. Вибротромбование самопередвигающимися плитами: I – вибрирование на месте; II – движение вперед; III – движение назад; 1 – возмущающая сила; 2 – вибратор; 3 – плита 2.3.1.4. Устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах При устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах глубина трамбования обычно составляет 0,6–0,3 м. Трамбовка, имеющая форму фундамента, весом 15–100 кН, падает по направляющей штанге с высоты 4–8 м. При небольших размерах фундаментов и нагрузках на них забивают трамбовку-шаблон с последующим ее извлечением. После вытрамбовывания котлован заполняется враспор монолитным бетоном или устанавливается сборный фундамент, имеющий близкие к котловану форму и размеры. 85 При изготовлении этим методом фундамента, например, с уширенным основанием, в котлован отдельными порциями отсыпается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчаногравийная смесь, крупный песок и т.п.) с уплотнением каждой порции той же трамбовкой. При вытрамбовывании вокруг котлована образуется уплотненная зона, в пределах которой повышается плотность грунта и устраняются просадочные свойства. За уплотненную зону принимается массив грунта, в пределах которого плотность сухого грунта составляет более 1,55 т/м3. а) б) в) Рисунок 2.60. Трамбовки для вытрамбовывания котлованов: а – с плоской подошвой; б – с заостренной подошвой; в – удлиненная для вытрамбовывания полостей для фундаментов в виде коротких свай Рисунок 2.61. Экскаватор с навесным оборудованием для вытрамбовывания котлованов: 1 – опорная плита; 2 – направляющая стойка; 3 – шарнир; 4 – сбросная каретка; 5 – трамбовка; 6 – зубья 86 а) б) в) г) Рисунок 2.62. Оборудование для вытрамбовывания котлованов: а – на экскаваторе со стрелой драглайн; б – на экскаваторе с прямой лопатой; в – на базе трактора; г – на базе сваебойного агрегата; 1 – стрела; 2 – направляющая стойка; 3 – каретка; 4 – трамбовка; 5 – упорная плита; 6 – зубья; 7 – серьга; 8 – оголовок; 9 – распорка; 10 – противовес; 11 – подвеска; 12 – молот; 13 – штанга 87 Рисунок 2.63. Вытрамбовывание котлована: I – установка трамбовки и вытрамбовывание котлована; II – засыпка в котлован жесткого материала; III – втрамбовка жесткого материала; 1 – каретка; 2 – направляющая штанга; 3 – котлован; 4 – трамбовка; 5 – бункер с жестким материалом; 6 – жесткий материал; 7 – втрамбованный в грунт жесткий материал Рисунок 2.64. Устройство фундамента: I – бетонирование фундамента; II – готовый фундамент; 1 – стакан для установки колонны; 2 – бетон фундамента; 3 – втрамбованный в грунт жесткий материал 88 Рисунок 2.65. Число ударов трамбовки. Понижение дна котлована при вытрамбовывании котлована: 1 – кривая вытрамбовывания котлована; 2 – подсыпка жесткого материала; 3 – кривая втрамбовывания жесткого материала Целесообразно применять следующие виды фундаментов в вытрамбованных котлованах: столбчатые – для каркасных промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий при вертикальной нагрузке на них до 2000 кН; ленточные прерывистые и столбчатые – для бескаркасных жилых и промышленных здании при нагрузке до 300 кН/м; фундаменты с уширенным основанием – рекомендуется применять при нагрузках свыше 500– 800 кН. 89 Рисунок 2.66. Столбчатый фундамент: 1 – стакан для установки колонны; 2 – тело фундамента; 3 – уплотненная зона Рисунок 2.67. Фундамент с уширенным основанием: 1 – тело фундамента; 2 – втрамбованный жесткий материал; 3 – уплотненная зона Рисунок 2.68. Разрез и план ленточного фундамента: 1 – тело фундамента; 2 – уплотненная зона 2.3.2. Глубинное уплотнение грунтов 2.3.2.1. Устройство грунтовых и песчаных свай С помощью песчаных или грунтовых свай можно уплотнять насыпные грунты (толщи песков, содержащих органические остатки или заторфованных) и лессовые просадочные грунты при Sr = 0,3–0,7. При погружении инвентарной трубы забивкой или вибрированием вокруг него происходит уплотнение песков и лессов без выпора. Этим можно воспользоваться и произвести их уплотнение до требуемой плотности. 90 Уплотнение насыщенных водой песков, содержащих органические остатки или заторфованных, производят песчаными сваями. Для их изготовления в грунт погружают инвентарную трубу с раскрывающимся или теряемым башмаком. Погружение производят забивкой или вибрированием. Затем в трубку укладывают порциями песок, трамбуют его и одновременно извлекают ее. Рисунок 2.69. Устройство песчаных свай для глубинного уплотнения: 1 – существующие фундаменты; 2 – песчаные сваи; 3 – зоны уплотнения; 4 – насыпной грунт; 5 – торф; 6 – кирпичные стены Рисунок 2.70. Конструкция раскрывающегося башмака: 1 – инвентарная труба; 2 – раскрывающиеся створки; 3 – шарнир; 4 – теряемое кольцо 91 В просадочные лессовые грунты, способные держать вертикальные стенки без обсадной трубы, забивают инвентарный сердечник. В процессе забивки грунт вокруг сердечника уплотняется. Затем сердечник извлекают, а в образующуюся скважину укладывают порциями с тщательным трамбованием, как правило, местный грунт при оптимальной влажности. Это приводит к дополнительному уплотнению грунта вокруг скважин. а) б) в) г) Рисунок 2.71. Последовательность изготовления песчаных свай (а–в) и размещение их в плане (г): 1 – свая; 2 – зона уплотнения 92 а) б) Рисунок 2.72. Расположение скважин (а) и разрез уплотненного массива (б) грунтовыми сваями: 1 – пробитые скважины; 2 – уплотненные зоны вокруг скважин Рисунок 2.73. Размещение грунтовых свай в плане 93 Сваи размещаются в шахматном порядке в вершинах равносторонних треугольников. Скважины пробиваются на расстоянии друг от друга l = 2,5– 5d, где d – диаметр скважины. Сильно заторфованные, насыщенные водой пески уплотнить песчаными сваями не удается, так как заторфованные прослойки медленно отдают воду. Иногда для уплотнения заторфованных и слабых насыщенных водой пылевато-глинистых грунтов применяют грунтоизвестковые или грунтоцементные сваи. Молотая известь или цемент подаются через специальный шнек, который, внедряясь в слабый грунт, перемешивает его с вяжущим материалом. Если необходимо повышение прочности в нижней части уплотненного массива, т.е. создание под ним основания повышенной прочности, то в дно пробитых скважин втрамбовывается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь или крупный песок), который отсыпается отдельными порциями (0,8–1,2)d, где d – диаметр скважины. Рисунок 2.74. Принципиальная схема технологического процесса устройства илоцементных свай: 1 – буровая установка; 2 – вращатель с вертлюгом; 3 – буровая труба; 4 – буросмеситель; 5 – растворный узел; 6 – мерная емкость для цементной суспензии; 7 – растворонасос; 8 – илоцементная свая 94 При устройстве илоцементных свай достигается экономия цемента 71,8 кг, а топливно-энергетических ресурсов – 14 кг условного топлива на 1 м3 подготовленного основания. При выполнении свай для глубинного уплотнения оснований фундаментов существующих зданий скважины образовываются, в основном, двумя способами: с помощью различного рода буровых снарядов, когда разбуренный грунт извлекается из скважины, и с помощью пробивки скважин специальными сердечниками, когда грунт не извлекается, а образование скважины осуществляется за счет уплотнения грунта вокруг скважины. Оба способа имеют существенные недостатки. При применении первого способа снижается степень уплотнения грунта вокруг скважин, так как грунт не вдавливается в стенки скважин, а выбуривается. При осуществлении второго способа большие трудности наблюдаются при извлечении снарядов из скважин за счет повышенного сопротивления по поверхности снаряда и вакуумного присоса. Этих недостатков можно избежать, если использовать для глубинного уплотнения оснований существующих зданий технологию винтового продавливания скважин (рис. 2.75–2.80). 95 Рисунок. 2.75. Спиралевидный снаряд для устройства скважин винтовым продавливанием: а – геометрия снаряда; б – общий вид снаряда; в – схема процесса устройства скважины; 1 – калибрующая часть; 2 – переходный рабочий участок; 3 – цилиндрические соосные участки; 4 – наконечник; 5 – лопасть; 6 – штанга; 7, 8 – каналы 96 Рисунок 2.76. Технологическая схема устройства грунтовых свай с использованием винтового продавливания скважин: I – продавливание скважины спиралевидным снарядом; II – заполнение скважины грунтом; III – уплотнение грунта в скважине; IV – готовая грунтовая свая с одноразовой проходкой скважины; V – вторая проходка скважины спиралевидным снарядом по скважине, заполненной грунтом без уплотнения; VI – скважина с упрочненными стенками двухразовой проходкой; VII – готовая грунтовая свая с двухразовой проходкой скважины; 1 – спиралевидный снаряд; 2 – скважина; 3 – уплотненная зона грунта при одноразовой проходке скважины; 4 – кран РДК-25; 5 – буровая установка БУК-600; 6 – бункер для грунта; 7 – уплотненный грунт; 8 – станок БС-1М; 9 – наконечник для уплотнения грунта; 10 – неуплотненный грунт; 11 – уплотненная зона грунта при двухразовой проходке скважины 97 Рисунок 2.77. Технологическая схема глубинного закрепления грунта: I – образование лидерной скважины; II – заполнение лидерной скважины закрепляющим материалом; III – закрепление стенок скважины винтовым снарядом; IV – готовая скважина с закрепленными скважинами; V – заполнение скважин грунтом, шлаком или бетоном; 1 – лидерная скважина; винтовой снаряд малого диаметра; 3 – закрепляющий материал; 4 – винтовой снаряд большого диаметра; 5 – зона закрепления; 6 – готовая скважина; 7 – свая, выполненная в скважине 98 Рисунок 2.78. Продавливание вертикальных скважин: 1 – старый фундамент; 2 – наклонная скважина; 3, 4 – уплотненный грунт; 5 – грунт основания; 6 – прочный грунт 99 Рисунок 2.79. Продавливание наклонных скважин: 1 – старый фундамент; 2 – наклонная скважина; 3, 4 – уплотненный грунт; 5 – грунт основания; 6 – прочный грунт 100 Рисунок 2.80. Комбинированное продавливание: 1 – старый фундамент; 2 – наклонная скважина; 3, 4 – уплотненный грунт; 5 – грунт основания; 6 – прочный грунт 2.3.2.2. Глубинное виброуплотнение Для уплотнения насыщенных водой песчаных грунтов применяют глубинное вибрирование. Виброуплотнение песков можно производить двумя способами: погружением вибратора (вибробулавы) в песок аналогично погружению вибробулавы в бетонную смесь или погружением в грунт стержня с прикрепленным к его голове вибропогружателем. В этом и другом случаях колебательные движения передаются песку, который сначала частично или полностью разжижается, а затем постепенно уплотняется. При определенных условиях можно достигнуть плотного состояния песка. 101 Вибробулаву чаще всего применяют для уплотнения песка толщиной от 1 до 10 м, а вибропогружатели – от 5 до 20 м. Для ускорения работ по уплотнению грунтов применяют «куст» вибраторов, которые крепят на раме, а погружение и извлечение его из грунта выполняется с помощью крана. При необходимости уплотнения слоя песка, толщиной 5–20 м можно применять вибропогружатель, который крепится к трубчатому стержню. Для увеличения объема уплотняемого грунта к стержню приваривают Т-образные поперечные планки. а) б) Рисунок 2.81. Уплотнение насыщенных водой песков вибрированием: а – погружение вибратора (вибробулавы) в песок; б – погружение в грунт стержня с прикрепленным к его голове вибропогружателем; 1 – трос; 2 – вибратор; 3 – граница уплотнения; 4 – вибропогружатель; 5 – стержень трубчатый; 6 – приваренные планки Глубинное виброуплотнение естественных оснований основано на способности грунтов переходить в плотное состояние под воздействием вибрации. Насыщенный водой грунт под воздействием колебательных движений вибратора становится подвижным, 102 зерна его под силой тяжести перемещаются вниз, и грунт уплотняется. Для повышения эффективности уплотнения в песчаных грунтах природного сложения необходимо предварительно произвести рыхление грунта на глубину уплотнения для разрушения структурных связей, песка и увеличения зоны уплотнения. Рыхление и уплотнение выполняют по квадратной сетке со сторонами, равными 2 м. Уплотнение песчаных грунтов на глубину 6 м производят в соответствии с технологическим графиком, который составляют по результатам опытного уплотнения. Полный цикл уплотнения песчаных грунтов на глубину 6 м в одной точке должен продолжаться не менее 15 мин и состоять из 4–5 чередующихся погружений и подъемов уплотнителя. После полного цикла уплотнения грунта основания в четырех точках установка отключается на 15 мин. Рисунок 2.82. Глубинное виброуплотнение песчаных оснований: а – уплотнитель ВУУП-6; б – схема расположения точек уплотнения и рыхления; в – график уплотнения песчаного грунта; 1 – точки уплотнения; 2 – точки рыхления 103 Если требуется предварительное рыхление основания, то работы по рыхлению и уплотнению должны производиться поочередно – сначала в четырех точках сетки по осям рыхления, затем в трех точках по осям уплотнения. Время на рыхление не должно превышать 2 мин. 2.3.2.3. Глубинное уплотнение оснований предварительным замачиванием Глубинное уплотнение оснований предварительным замачиванием нашло широкое применение в просадочных грунтах. Уплотнение предварительным замачиванием наиболее целесообразно на вновь застраиваемых территориях, так как при применении этого метода в застроенных районах, необходимо выполнять мероприятия по исключению замачивания грунтов в основании существующих зданий. Размеры уплотняемой площади и методика замачивания назначаются с таким расчетом, чтобы в пределах застраиваемой площади просадка грунта собственного веса была полностью устранена. Для повышения эффективности уплотнения нижних слоев грунта, например, при больших нагрузках на основание, предварительное замачивание должно осуществляться одновременно с глубинными взрывами. Рисунок 2.83. Просадка поверхности лессового грунта при замачивании: 1 – поверхность грунта после замачивания; 2 – то же до замачивания; 3 – подсыпка песка; 4 – замоченный грунт; 5 – непросадочный грунт 104 Последовательность устранения просадочных свойств лессового грунта при замачивании: 1) снимают растительный слой – им производят обвалование площадки; 2) лессовый грунт посыпают песком; 3) в центре площадки устанавливают глубинные марки и подают воду, пока не будет замочена вся толща (размеры котлована в плане не менее Нsl). Грунт проседает не только под дном котлована, но и за его пределами. Просадка сопровождается растяжением грунта с образованием трещин и уступов. Глубинными марками измеряют вертикальные послойные перемещения, что позволяет установить глубину, ниже которой грунт начинает проседать под действием собственного веса. Это давление и является начальным просадочным давлением Рsl. На рис. 2.84, 2.85 приведены конструкции поверхностных и глубинных марок. Рисунок 2.84. Конструкции поверхностных марок: а – простейшего типа; б – с бетонной опорой; в – с бетонной опорой в зимнее время; 1 – арматурный стержень Ø 20–24 мм; 2 – уплотненный грунт; 3 – бетонная опора 105 Рисунок 2.85. Конструкция глубинной марки: 1 – скважина; 2 – реперная труба; 3 – защитная труба; 4 – анкер из уплотненного бетона; 5 – сальник из промасленной пакли 2.3.2.4. Предварительное замачивание в сочетании с глубинными или подводными взрывами При предварительном повышении влажности грунт доводится до состояния, близкого к полному водонасыщению. При взрыве происходит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение. Уплотнение глубинными взрывами производится в котлованах глубиной 0,3–1 м, а заряды взрывчатого вещества (ВВ) устанавливаются на глубине 3–12 м. Уплотнение подводными взрывами производится в котлованах с высотой столба воды 1,3–1,5 м. Уплотнение в пределах деформируемой зоны подводными взрывами рекомендуется выполнять на площадях I-го типа грунтовых условий по просадочности, а глубинными – II-го типа для устранения просадок грунтов от их собственного веса. При применении данного метода необходимо учитывать возникновение опасных зон, которые проявляются в виде воздушной волны и колебаниями грунтового массива и зависят от массы одновременно взрываемого заряда (радиус опасной зоны 30–60 м при весе ВВ 50–120 Н). 106 Рисунок 2.86. Схемы уплотнения грунтов: а – подводными; б – глубинными взрывами; 1 – котлован; 2 – уровень воды; 3 – обвалование котлована; 4 – заряды взрывчатого вещества; 5 – скважины для установки зарядов; 6 – дренажные скважины Способы предварительного замачивания в сочетании со взрывами применяют с целью повышения прочности и несущей способности, устранения просадочных свойств, снижения их деформативности и коэффициента фильтрации. Они основываются на способности некоторых видов грунтов самоуплотняться при замачивании под действием собственного веса. К таким грунтам относятся лессовидные суглинки и супеси, пылеватые пески с высоким коэффициентом фильтрации (kf 0,2 м/сут.). Взрывные работы необходимо проводить сразу после замачивания. Разрыв между окончанием замачивания и взрывами составляет 3–8 ч. При уплотнении грунтов замачиванием и глубинными взрывами применяют водостойкие взрывчатые вещества: аммонит № 6 ЖВ, граммонол, зерногранулит марок 50/50-В и 30/70-В. Уплотнение грунтов после предварительного замачивания, в том числе и с использованием глубинных взрывов, происходит под воздействием собственного веса грунта, поэтому верхний слой доуплотняют тяжелыми трамбовками, укаткой или грунтовыми сваями. При залегании на поверхности суглинков или глин для сокращения времени замачивания устраивают дренирующие скважины диаметром не менее 15 см с засыпкой песком или гравием. 107 Дренажные скважины для предварительного замачивания необходимо устраивать на глубину 0,7–0,8 просадочной толщи. В целях более равномерного уплотнения грунта по всему котловану и ускорения просадки скважины располагают по периметру котлована через 2–4 м. Рисунок 2.87. Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием (а) и замачиванием с глубинными взрывами (б): 1 – дренажные скважины, 2 – контур возводимого здания; 3 – дренирующий слой из крупнозернистого грунта; 4 – зона замоченного грунта; 5 – лессовидный просадочный грунт; 6 – непросадочный грунт; 7 – контурная траншея; 8 – дренажно-взрывная скважина; 9 – глубинный взрыв; 10 – замоченный грунт, уплотненный взрывами Глубинное уплотнение водонасыщенных песчаных оснований осуществляется установкой ВУУП-6. Уплотнитель вибро108 установки представляет собой сварную металлическую конструкцию. Сущность способа состоит в следующем: подвешенную на стреле крана виброустановку располагают вертикально над местом погружения, затем включают в работу вибропогружатель и подают к нижнему наконечнику виброустановки воду под давлением 0,3–0,6 МПа. Под действием собственного веса и вибрации виброустановка погружается на требуемую глубину. Скорость погружения составляет 1–2 м/мин. В процессе погружения виброустановки грунт уплотняется. Перед уплотнением делается разбивка точек погружения уплотнителя и водонасыщение песчаного грунта при УПВ ниже 0,5 м от дна котлована. Вибрацией хорошо уплотняются все пески, кроме пылеватых. Для их уплотнения используют камуфлетные взрывы. Для уплотнения пылеватых песков в Санкт-Петербурге используют камуфлетные взрывы по методике, разработанной П.Л. Ивановым. На месте намеченного уплотнения в грунт на расчетную глубину погружают заряды взрывчатого вещества и производят камуфлетный взрыв. Оседание поверхности грунта после взрыва свидетельствует об уплотнении песка. Для достижения необходимой плотности рыхлых песков, намытых в воду слоем толщиной до 5 м, производят последовательно 3 взрыва в одном месте. Взрывами уплотняют толщи просадочных лессовых грунтов. Для этого грунты предварительно замачивают через фильтрующие или совмещенные скважины. Затем в скважины устанавливают заряды в трубках и производят ряд взрывов, следующих один за другим через несколько секунд. Уплотненный таким образом лессовый грунт теряет просадочные свойства и может быть использован в качестве естественного основания сооружений. Не получает должного уплотнения лишь верхний слой толщиной 2– 3 м, который уплотняют в дальнейшем, например, тяжелыми трамбовками. Для ограничения зоны деформации лесса по периметру замачиваемого объема грунта откапывают контурные траншеи глубиной 4–6 м или устраивают водозащитные экраны. 109 На рис. 2.88 схематично показан разрез по зоне грунта, уплотняемого предварительным замачиванием и глубинными взрывами. Рисунок 2.88. Разрез по зоне грунта, уплотняемого предварительным замачиванием и глубинными взрывами: 1 – граница уплотняемой зоны; 2 – неуплотненный грунт; 3 – контурная траншея: 4 – поверхность уплотняемого грунта; 5 – совмещенные скважины; 6 – непросадочный грунт 2.3.2.5. Глубинное гидровиброуплотнение взрывами Если песок находится в ненасыщенном водой состоянии, к месту вибрирования либо подают воду, либо применяют гидровибраторы (виброфлотаторы). При гидровиброуплотнении следует принимать равностороннюю треугольную сетку со сторонами, равными: для песка крупного и средней крупности – 3 м, для песка мелкого – 2 м. Гидровибратор – это глубинный вибратор для уплотнения несвязных грунтов, насыщаемых водой и подвергаемых одновременно вибрационному воздействию. Гидровибратор устанавливают на прицепном или самоходном подъемном кране. Частота колебаний 1500–3000 в минуту, масса до 2500 кг. 110 2.3.2.6. Уплотнение грунтов взрывом малобризантного заряда Бризантность (от франц. «brisant» – разбивающий) – способность взрывчатыми веществами (ВВ) производить дробящее действие. Уплотнение грунтов взрывом ВВ, который помещается в патронах, соединенных между собой в цепочку. Взрыв выполняют при помощи детонирующего шнура. После взрыва диаметр скважины увеличивается, а грунт вокруг нее уплотняется. Полость (скважину) заполняют затем порциями указанным в проекте грунтом оптимальной влажности с последующим трамбованием. Рисунок 2.89. Образование скважины энергией взрыва: 1 – молот; 2 – наголовник; 3 – штанга; 4 – башмак; 5 – детонирующий шнур; 6 – брусок для подвески заряда; 7 – заряд ВВ 111 Динамического воздействия на пески для их уплотнения можно достигнуть с помощью электрогидродинамического эффекта. Известны и другие методы воздействия пульсирующей нагрузки на рыхлые пески. Выбор того или иного способа глубинного уплотнения основания зависит от конкретных условий проектируемого объекта, диаметра скважин и других факторов. 2.3.3. Предварительное обжатие грунтов 2.3.3.1. Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод осуществляется в слабых грунтах. Понижение уровня подземных вод производят путем откачки воды через иглофильтры. Из скважин непрерывно откачивают воду, пока уровень подземных вод не окажется ниже дна котлована, что позволяет вести строительство в осушенном котловане. При необходимости глубокого водопонижения иглофильтры устраивают в несколько ярусов. 112 Рисунок 2.90. Иглофильтр: 1 – кол- Рисунок 2.91. Сквозной фильтр: лектор; 2 – гибкий шланг; 3 – над- 1 – перфорированная труба огражфильтровая труба; 4 – фильтр дения; 2 – надфильтровые трубы; 3 – местный песчаный грунт; 4 – песчано-гравийная обсыпка; 5 – фильтровые звенья; 6 – переходная муфта; 7 – задвижка 113 Рисунок 2.92. Иглофильтровая установка типа ЛИУ: 1 – иглофильтр; 2 – песчано-гравийная обсыпка; 3 – глиняный тампон; 4 – всасывающий коллектор; 5 – насосный агрегат; 6 – напорный трубопровод; 7 – сбросной трубопровод; 8 – пониженный уровень подземных вод 114 Рисунок 2.93. Установка с эжекторными иглофильтрами: 1 – иглофильтр; 2 – глиняный тампон; 3 – пробковые краны; 4 – распределительный напорный трубопровод; 5 – сбросной коллектор; 6 – центробежный насос; 7 – задвижки; 8 – циркуляционный бак; 9 – пониженный уровень подземных вод 115 Таблица 2.5 Типы и условия применения иглофильтровых установок Иглофильтровая установка Типа ЛИУ (рис. 2.92) с легкими (не снабженными индивидуальными водоподъемниками) иглофильтрами и насосами, способными создавать вакуум лишь в пределах всасывающего коллектора и самого иглофильтра Типа УВВ с легкими иглофильтрами и достаточно мощными эжекторами или вакуум-насосами, устанавливаемыми на поверхности и способными создавать вакуум на наружной поверхности иглофильтров Типа ЭИ (рис. 2.93) с иглофильтрами, снабженными (каждый) индивидуальными эжекторными водоподъемниками, способными создавать вакуум на наружной поверхности фильтра на требуемoй глубине, и высоконапорными центробежными насосами Типа ЭВВУ с вакуум-концентрическими водоприемниками, эжекторными иглофильтрами с дополнительной фильтровой оболочкой, способными создавать вакуум по всей высоте осушаемой толщи грунтов, и высоконапорными центробежными насосами 116 Область применения Неслоистые грунты с коэффициентом фильтрации kf = 2– 50 м/сут при водопонижении на глубину 4–5 м Практически однородные грунты с коэффициентом фильтрации kf = 0,1–2 м/сут при водопонижении на глубину до 6–7 м и с коэффициентами фильтрации kf = 2–5 м/сут – на глубину до 6 м при расположении насосного агрегата и коллектора на поверхности То же на глубину до 10–12 м при соответствующем обосновании до 20 м Переслаивающиеся водоносные и водоупорные слои при водопонижении на глубину до 20 м Рисунок 2.94. Понижение уровня подземных вод: 1 – коллектор; 2 – насос; 3 – депрессионная кривая; 4 – уровень подземных вод; 5 – иглофильтры; 6 – котлован Рисунок 2.95. Ярусное водопонижение иглофильтрами: 1 – иглофильтры верхнего яруса; 2 – иглофильтры нижнего яруса; 3 – конечное положение пониженного уровня подземных вод 117 Рисунок 2.96. Ярусное понижение подземных вод: 1 – коллекторы; 2 – депрессионная кривая; 3 – уровень подземных вод; 4 – иглофильтры; 5 – котлован При пологой депрессионной кривой у скважин-фильтров уровень подземных вод понижается на большой площади, выходящей далеко за пределы намечаемой территории застройки, что может привести к нежелательной осадке, существующих зданий или подземных коммуникаций. Для исключения этого, уплотняемый участок можно оградить шпунтом или осуществить подачу воды в грунт около объектов, осадка которых недопустима. В глинистых слабофильтрующих грунтах применяют электроосмос. В грунт по контуру котлована погружают две взаимно перпендикулярные сети электродов и пропускают через них электри118 ческий ток. Иглофильтры с коллектором образуют сеть электродов – катодов, а анодами являются стержни, которые погружаются в грунт с внутренней стороны котлована на расстоянии, равном примерно 0,8 м от иглофильтров. При пропускании электрического тока по сети поровая вода концентрируется у катодов и откачивается насосом, что позволяет вести разработку котлована в обычных необводненных условиях. Рисунок 2.97. Схема осушения котлована с помощью осмоса: К – коллектор (вместе с иглофильтрами 1 образует сеть электродов-катодов); А – сеть электродов-анодов; М – моторгенератор; Н – насос; 2 – уровень подземных вод; 3 – котлован 119 Рисунок 2.98. Схема осушения грунтов с использованием электроосмоса: 1 – иглофильтры-катоды; 2 – металлические стержнианоды; 3 – коллектор; 4 – электрические провода; 5 – депрессионная кривая 2.3.3.2. Уплотнение грунтов внешней пригрузкой Слабые, насыщенные водой пылевато-глинистые грунты (илы, очень пористые глины и суглинки, находящиеся в текучем и текучепластичном состоянии) и торфы обладают малой водопроницаемостью, и их уплотнение связано с выдавливанием воды из пор грунта. Для уплотнения таких грунтов используют статическую нагрузку в виде насыпи. Давление по подошве насыпи должно быть больше давления от проектируемого сооружения в пределах площади застройки. Обычно насыпь отсыпают послойно, так как выполнение ее сразу на необходимую высоту может привести к потере устойчивости слабых грунтов в ее основании. При этом для ускорения процессов уплотнения устраивают вертикальные дрены. 120 Рисунок 2.99. Уплотнение сильносжимаемого грунта фильтрующей пригрузкой и вертикальными дренами: 1 – фильтрующая пригрузка; 2 – сильносжимаемый грунт; 3 – водоупор; 4 – фильтрующий слой Рисунок 2.100. Схема уплотнения слабого грунта статической нагрузкой: 1 – слабый грунт; 2 – пластовый дренаж; 3 – нагрузка в виде насыпи; 4 – вертикальные дрены (стрелками указано направление отжатия воды из грунта); 5 – плотный грунт 121 Рисунок 2.101. Схема открытого водоотлива: 1 – водосборная канавка; 2 – зумпф; 3 – депрессионная поверхность; 4 – дренажная пригрузка на откосе; 5 – насосная установка Рисунок 2.102. Водопонижение иглофильтрами с дренажной пригрузкой откоса: 1 – иглофильтр; 2 – пониженный уровень подземных вод; 3 – дренажная пригрузка 122 Рисунок 2.103. Пластовые дренажи: а – под заглубленным сооружением; б – на откосе; 1 – уровень подземных вод; 2 – защищаемое заглубленное сооружение; 3 – пристенный дренаж; 4 – песчаный слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя; 6 – песчано-гравийный или щебеночный слой; 7 – труба; 8 – щебеночная обсыпка 2.3.3.3. Устройство вертикальных дрен Вертикальные дрены делают песчаными из специального пористого картона или из пластмассовой ленты в бумажном кожухе. Песчаные дрены изготавливают аналогично песчаным сваям, но располагают значительно реже – обычно через 2–4 м. Картонные и пластмассовые дрены обычно вдавливают в грунт. 123 Рисунок 2.104. Ленточные дрены: а – пластмассовые; б – бумажные Рисунок 2.105. Картонные дрены Вертикальный дренаж не требует много места для его размещения и отличается маневренностью, т.е. возможностью сгущать скважины по мере надобности. Для повышения эффективности работы водопонижающих скважин, оборудованных погружными насосами слабопроницаемых (глинистых) грунтах, рекомендуется предусматривать вакуумирование грунтов. Для этого в системе водопонижающих скважин следует устанавливать вакуумные насосы. На рис. 2.106 дана схема вакуумной скважины. 124 Рисунок 2.106. Вакуумная скважина: 1 – обсыпка – гравий (песок); 2 – перфорированная труба; 3 – глинистый или цементный тампон; 4 – вакуум-насос; 5 – здание; 6 – вакуумные трубопроводы; 7 – напорный трубопровод; 8 – водонасыщенные супеси, суглинки, глины; 9 – насос 125 Рисунок 2.107. Вакуум-скважина: 1 – отстойник; 2 – электродвигатель; 3 – кожух; 4 – насос; 5 – обратный клапан; 6 – стабилизатор динамического уровня; 7 – кабель; 8 – поверхность водоупора; 9 – фильтр; 10 – напорный трубопровод; 11 – надфильтровая труба; 12 – пояс; 13 – глиняный тампон; 14 – трубка вакуумметра; 15 – вентиль; 16 – манометр; 17 – вакуумметр; 18 – крышка; 19 – трубка для подключения вакуум-насоса; 20 – трубка прибора для измерения уровня воды в скважине; 21 – муфта 126 Рисунок 2.108. Открытая водопонизительная скважина: 1 – колонна водоподъемных труб; 2 – пьезометры; 3 – кондуктор; 4 – фильтровая колонна; 5 – фонари; 6 – отстойник; 7 – насосная установка; 8 – водоприемное покрытие фильтра; 9 – песчано-гравийная обсыпка; 10 – муфта; 11 – местный грунт 127 Рисунок 2.109. Фильтры водопонизительных скважин: (трубчатый с проволочной обмоткой): 1 – проволочная обмотка; 2 – перфорированная труба; 3 – металлические стержни Рисунок 2.110. Фильтры водопонизительных скважин (каркасностержневой): 1 – проволочная обмотка; 2 – металлические стержни; 3 – опорные пояса жесткости; 4 – соединительная муфта; 5 – верхний соединительный патрубок; 6 – нижний соединительный патрубок 128 Рисунок 2.111. Фильтры водопонизительных скважин (кожуховый с песчано-гравийной обсыпкой): 1 – перфорированная труба; 2 – песчано-гравийная обсыпка; 3 – сетка панцирная; 4 – стальные обручи для крепления сетки 129 Рисунок 2.112. Дренажная насосная станция: 1 – воздуховод; 2 – грузовой люк; 3 – смотровой люк; 4 – переходная площадка; 5 – напорный трубопровод; 6 – машинное отделение; 7 – насосный агрегат; 8 – приемный резервуар; 9 – датчики уровней; 10 – подводящий коллектор; 11 – шкаф электропитания; 12 – вытяжной вентилятор; 13 – станция управления насосами; 14 – герметичный люк; 15 – приямок для сбора воды 130 Рисунок 2.113. Схема закрытого дренажа: 1 – местный грунт; 2 – мелкозернистый песок; 3 – крупнозернистый песок; 4 – гравий; 5 – труба из пористого материала; 6 – уплотненный слой Рисунок 2.114. Трубчатый дренаж несовершенного типа: 1 – местный песчаный грунт; 2 – песок средней крупности; 3 – труба; 4 – щебень или гравий 131 Рисунок 2.115. Трубчатый дренаж совершенного типа: а – с песчаногравийной обсыпкой в траншее с откосами; б – с песчаногравийной обсыпкой в траншее с вертикальными стенками; в – с фильтровым покрытием из минеральных волокнистых материалов; 1 – обратная засыпка местным песчаным грунтом; 2 – песок средней крупности; 3 – щебень; 4 – водоупор; 5 – труба; 6 – щебень, втрамбованный в грунт; 7 – минеральный волокнистый материал; 8 – хомуты из жгутов стекловолокна или шпагата 132 Рисунок 2.116. Водоприемные отверстия в дренажных трубах: а – в верхней части асбестоцементных и чугунных труб; б – в боковой части асбестоцементных труб; в – в бетонных и железобетонных трубах; г – в виде зазоров в стыках керамических и чугунных труб; 1 – муфта; 2 – резиновое кольцо; 3 – труба; 4 – отверстие; 5 – просмоленная пакля; 6 – асфальтовая мастика или жирная глина 133 Таблица 2.6 Максимальная глубина заложения дренажных труб Грунты основания Пески гравелистые крупные и средней крупности, глины и суглинки полутвердые, тугопластичные Пески мелкие и пылеватые Трубы Бетонные Керамические канализационные Керамические дренажные и асбестоцементные безнапорные Асбестоцементные напорные: ВТ6 ВТ9 Бетонные Керамические канализационные Керамические дренажные и асбестоцементные безнапорные Асбестоцементные напорные: ВТ6 ВТ9 Трубофильтры по ВСН 13-77 МЭиЭ СССР 134 Максимальная глубина заложения, м, при диаметре труб, мм 150 200 250 300 – 4 – 3,5 7,3 5,7 4,9 4,7 3,5 3,0 2,6 – 9,3 16,9 – 8,4 14,9 4,1 6,8 12,3 – 6,5 12,5 3,6 7,6 5,9 5,1 4,9 3,6 3,7 3,1 – 9,7 17,3 9,3 15,3 7,1 12,8 6,8 13,0 6,5 7,0 7,0 8,0 Рисунок 2.117. Беструбчатые дренажи: а – каменно-щебеночный; б – хворостяной; 1 – дерн корнями вниз; 2 – уплотненная глина; 3 – дерн корнями вверх; 4 – местный песчаный грунт; 5 – щебень; 6 – каменная кладка; 7 – глинобетонная подушка; 8 – засыпка местным грунтом; 9 – хворост 135 Рисунок 2.118. Дренажные галереи: а – обделка из бетона и монолитного железобетона; б – обделка из отдельных блоков; в – обделка из сборных железобетонных элементов; 1 – обделка; 2 – дренажная засыпка; 3 – отверстия для выпуска воды; 4 – водоотводный бетонный лоток 136 Рисунок 2.119. Лучевой водозабор: 1 – шахта;. 2 – лучевые горизонтальные скважины; 3 – центробежные насосы 137 Рисунок 2.120. Типы самоизливающихся скважин: а – с изливом на поверхность (дно котлована); б – горизонтальная, устраиваемая на откосе; в – восстающая из подземных выработок; 1 – щебень; 2 – водоотводящая канава (у скважины на длине примерно 2 м целиком заполняется щебнем); 3 – местный песчаный грунт; 4 – надфильтровые трубы; 5 – муфты; 6 – направляющие фонари; 7 – щели; 8 – песок гравелистый; 9 – деревянная пробка; 10 – фильтровая колонна; 11 – шарошечное долото; 12 – переходник с обратным клапаном; 13 – фильтр; 14 – кондуктор; 15 – оголовок скважины с выпускной задвижкой; 16 – подземная выработка; 17 – скальная порода; 18 – водоносный слой 2.3.3.4 Основные виды водопонизительных систем Основные виды водопонизительных систем приведены на рис. 2.121–2.129. ЭКСПЛИКАЦИЯ К ЭСКИЗАМ: 1 – котлован; 2 – непониженинй уровень подземных вод; 3 – пластовый дренаж на откосах (дренажная пригрузка); 4 – водосборная канава; 5 – защищаемое сооружение; 138 6 – пристенный дренаж; 7 – пластовый дренаж в основании сооружения; 8 – трубчатая дрена; 9 – ось водопонизительных (дренажных) устройств; 10 – пониженный уровень подземных вод; 11 – насосная станция; 12 – горизонтали поверхности земли а) б) Рисунок 2.121. Индивидуальная система: а – открытый водоотлив при разработке котлованов; б – пластовый дренаж отдельных заглубленных объектов Рисунок 2.122. Линейная головная система для защиты территорий и сооружений от фильтрационного потока со стороны водораздела 139 Рисунок 2.123. Линейная система для вытянутых в плане объектов, имеющих значительную протяженность и удаленных от водоема Рисунок 2.124. Линейная береговая система 140 Рисунок 2.125. Двухрядная система (из двух линейных систем) для протяженных объектов Рисунок 2.126. Кольцевая система для защиты объектов различной конфигурации при всестороннем притоке подземных вод 141 Рисунок 2.127. Неполнокольцевая система для защиты объектов различной конфигурации при отсутствии притока со стороны части контура защищаемого объекта Рисунок 2.128. Систематическая дренажная система для постоянной защиты объектов, расположенных на значительной площади при наличии питания подземных вод внутри защищаемой площади 142 Рисунок 2.129. Групповая система (расположение водопонизительных устройств не привязано к определенному геометрическому контуру) для водопонижения на территории, где расположение водопонизительных устройств, определяется условиями застройки или особенностями гидрогеологических условий Рисунок 2.130. Система водопонижения карьера: 1 – сквозные фильтры; 2 – эжектроные иглофильтровые установки; 3 – пластовые дренажи на откосе; 4 – пониженный уровень подземных вод; 5 – шахтный ствол; 6 – подземная насосная станция; 7 – водосборники; 8 – подземные выработки; 9 – дренажные канавки; I – супесь; II – мел; III – песок; IV – глина; V – рудное тело; VI – трещиноватые скальные породы 143 2.3.3.5. Дренирующие сваи и стены В последние годы в практике зарубежного строительства получил распространение вертикальный дренаж, устраиваемый с помощью дренирующих свай и дренирующих стен. Конструкции и технология устройства дренирующих свай показаны на рис. 2.131. Вначале производят бурение скважины диаметром около 0,9 м (90 см) и глубиной до 6 м в обсадной трубе. В готовую скважину помещают арматурный каркас, внутри которого закреплена труба, в нижней части имеется ряд отверстий для поступления в нее подземной воды. В полость между обсадной и внутренней дренажными трубами опускают бетонолитную трубу и далее ведут бетонирование сваи методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). В основание сваи подают фильтр-бетон и одновременно начинают подъем обсадной трубы. Затем бетонируют сваю обычным бетоном. Рисунок 2.131. Схема технологического процесса устройства дренирующих свай: 1 – дно котлована; 2 – поверхность земли; 3 – насос для откачки подземных вод; 4 – автобетоносмеситель; 5 – экскаватор-кран; 6 – арматурный каркас; 7 – грузовой автомобиль; 8 – экскаватор; 9 – установка для приготовления бетонной смеси 144 Рисунок 2.132. Схема технологического процесса устройства дренирующих стен: 1 – дно котлована; 2 – поверхность земли; 3 – насос для откачки подземных вод; 4 – автобетоносмеситель; 5 – экскаватор-кран; 6 – грузовой автомобиль; 7 – установка для приготовлении бетонной смеси 2.4. Основные принципы расчета искусственных оснований При проверочных расчетах применима схема двухслойного основания. Основными проверками улучшенных грунтовых оснований являются по первой и второй группам предельных состояний. Деформации сложного основания не должны превышать предельно допустимых, определяемых по [5]. Выбор метода улучшения работы и свойств грунтов в основании в значительной степени зависит от характера напластования и свойств грунтов, интенсивности передаваемых нагрузок, особенностей сооружения и возможностей строительной организации (табл. 2.7). 145 Таблица 2.7 Искусственно улучшенные основания и способы их устройства Методы устройства оснований 1 I. Конструктивные Вид основания или способ его устройства 2 1. Песчаные подушки (замена грунта) 2. Грунтовые подушки из местного связного грунта 3. Каменные, песчаногравийные и другие отсыпки 1. Поверхностное уплотнение грунтов: – тяжелыми трамбовками II. Механическое уплотнение – катками, легкими трамбовками и другими механизмами и транспортными средствами – вибраторами площадочными – вытрамбовывание котлованов под отдельные фундаменты 146 Грунтовые условия, при которых может применяться данный способ 3 Слабые сильносжимаемые грунты (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные, насыпные и пучинистые грунты). То же и просадочные грунты Илы и другие слабые грунты, залегающие под слоем воды Макропористые просадочные, рыхлые песчаные, свежеуложенные связные и насыпные грунты при степени влажности Sr < 0,7 То же при послойной укладке Рыхлые песчаные грунты при послойной укладке Макропористые просадочные (I тип просадочности) и другие пылевато-глинистые грунты при Sr < 0,7 Продолжение табл. 2.7 1 II. Механическое уплотнение 2 2. Глубинное уплотнение грунтов: – грунтовыми сваями из местного связного грунта – песчаными сваями – виброуплотнением или гидровиброуплотнением, взрывами – предварительным замачиванием – предварительным замачиванием и глубинными взрывами 3. Предварительное обжатие грунтов: – понижением уровня подземных вод – посредством внешней пригрузки и устройства вертикальных дрен 1. Силикатизация III. Закрепление 2. Закрепление синтетическими смолами 3. Цементация 4. Закрепления грунта извест147 3 Макропористые просадочные грунты Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильносжимаемые заторфованные грунты Рыхлые песчаные грунты Макропористые просадочные грунты То же Слабые сильносжимаемые водонасыщенные грунты (при снятии взвешивающего действия воды) Слабые сильносжимаемые пылеватоглинистые и заторфованные грунты Пески и макропористые просадочные грунты То же Трещиноватая скала, гравий и песчаные грунты Слабые сильносжи- ковыми и грунтоцементными связями маемые водонасыщенные пылевато-глинистые и заторфованные грунты Окончание табл. 2.7 1 III. Закрепление 2 5. Электрохимическое закрепление 6. Электроосмос 7. Термическое закрепление (обжиг) 3 Слабые пылеватоглинистые грунты (при коэффициенте фильтрации Kf 0,01 м/сут) То же Макропористые просадочные грунты В России много территорий, непригодных для сельского хозяйства (заболоченных, овражистых и др.), которые можно использовать для строительства предприятий и жилых объектов. Такие площадки сложены часто слабыми грунтами, что, как правило, обусловливает развитие недопустимых неравномерностей осадки фундаментов или потерю устойчивости грунтов основания. При наличии слабых грунтов целесообразно применение свайных фундаментов, а также рационально искусственно улучшать работу и свойства грунтов в основании (работу грунтов улучшают конструктивными методами, а их свойства – уплотнением и закреплением). 148 3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ Классификация способов усиления фундаментов ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Восстановление несущей способности фундаментов Увеличение несущей способности фундаментов Разгружение конструкций фундаментов Специальные случаи усиления фундаментов 3.1. Восстановление несущей способности фундаментов Восстановление несущей способности фундаментов: 1. Защита фундаментов от выветривания (оштукатуривание; торкретирование и др.). 2. Восстановление геометрических размеров и прочности материала фундаментов (цементация, закрепление смолами и др.). 3. Замена или перекладка фундаментов. 4. Защита фундаментов от замачивания. 5. Упрочнение оснований фундаментов (см. главу 2). 3.1.1. Защита фундаментов от выветривания (оштукатуривание, торкретирование) Защита фундаментов от выветривания выполняется при физико-механическом и химическом выветривании материала фундаментов, когда процессами выветривания кладка затронута неглубоко и нет сквозных трещин в фундаментах. Обычно это бы149 вает, если фундаменты выполнены из бутовой или кирпичной кладки, обладающей невысокой прочностью и водостойкостью. Химическое выветривание может происходить при недостаточной стойкости цемента или заполнителя против агрессивных свойств среды. При восстановлении поверхности фундаментов применяют оштукатуривание цементным раствором (торкретирование). Торкретирование выполняют путем нанесения под давлением цементного раствора на поверхность конструкции. Перед торкретированием поверхность конструкции должна быть тщательно очищена стальными щетками или пескоструйным аппаратом, продута сжатым воздухом и промыта водой под давлением. Торкретирование рекомендуется выполнять по металлической сетке, укрепленной на боковой поверхности фундаментов с ячейками размером 5–10 см при диаметре проволоки около 5 мм. Сетку привязывают вязальной проволокой к анкерам диаметром 8–10 мм, заделанным в конструкции на 15–25 см. Расстояние между анкерами принимают 50–80 см. Торкрет наносят под давлением 0,4–0,6 МПа толщиной 20– 40 мм в 2–3 слоя полосами шириной 1–1,65 м сверху вниз. Каждый последующий слой наносят после схватывания предыдущего. 150 Рисунок 3.1. Закрепление кладки и бетона ленточных фундаментов: 1 – существующий фундамент, имеющий расслоение бутовой кладки; 2 – набрызг бетонной смеси под высоким давлением; 3 – торкретированная поверхность фундамента; 4 – цемент-пушка (или бетон-шприц-машина) для набрызга бетонной смеси; 5 – кирпичная стена; 6 – вскрытый пазух фундамента 3.1.2. Укрепление материала фундамента цементацией Если материал фундамента находится в неудовлетворительном состоянии его целесообразно укрепить цементацией. Цементация фундамента выполняется путем бурения с поверхности и из первого или подвального этажа в кладке фундамента скважин и нагнетания в них цементного раствора. Скважины бурят перфораторами или электродрелью диаметром 20–30 мм на расстоянии 50 см одна от другой, на глубину примерно 2/3 толщины фундамента. В скважины вставляют трубки диаметром 20–25 мм, через которые нагнетают цементный раствор. Трубки в устьях скважин заделывают густым раствором на глубину 10 см. Давление нагнетания цементного раствора 0,2–0,6 МПа. После пробных испытаний следует откопать опытные участки, проверить результаты и уточнить технологию работ, состав работ и прочие мероприятия. Для отдельно стоящих фундаментов пробивают не менее двух отверстий с каждой стороны. Раствор с соотношением цемента и воды 1:1 нагнетается через инъекторы. 151 Рисунок 3.2. Закрепление цементной кладки фундамента цементацией: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – инъекторы для нагнетания жидкого цементного раствора; 3 – наплывы раствора; 4 – кирпичная стена Рисунок 3.3. Закрепление бетонных (железобетонных) фундаментов, имеющих трещины, синтетическими смолами: 1 – существующий фундамент, имеющий горизонтальные и вертикальные трещины; 2 – трещины; 3 – кирпичная стена; 4 – инъектор для нагнетания компаунда из синтетических смол под давлением 0,6–1,2 МПа; 5 – борозда шириной 35–40 мм, выполненная дисковой пилой или отбойным молотком; 6 – отверстие, пробуренное перфоратором на глубину 100–150 мм 152 Рисунок 3.4. Устранение разрыва ленточного фундамента цементным раствором: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – разрыв в фундаменте вследствие морозного пучения; 3 – жидкий цементный раствор; 4 – инъектор; 5 – непучинистый грунт; 6 – кирпичная стена 3.1.3. Разрушение кладки фундамента Кладка фундамента обычно разрушается в агрессивной среде. В результате из-за снижения прочности бетона и раствора бутовой кладки фундамент перестает выполнять свое назначение и надземные конструкции получают большую осадку. Иногда в фундаментах корродирует арматура. Этот процесс особенно интенсивно развивается при наличии блуждающих токов. Коррозия арматуры исключает работу фундамента на изгиб, что приводит к уменьшению площади, передающей давление от сооружения на грунт, и, следовательно, к развитию значительных дополнительных осадок. Если процессы выветривания захватили фундамент на всю толщу, необходимо либо зацементировать кладку, укрепив тем 153 самым существующий фундамент, либо выполнить обойму, восстановив несущие функции фундамента. а) б) в) Рисунок 3.5. Увеличение прочности кладки фундамента: а – инъекцией раствора; б – взятием фундамента в обойму; в – уменьшением выноса консолей для уменьшения усилий в арматуре Если фундамент выполняет также функцию гидроизолирующей конструкции его начальная небольшая водопроницаемость может со временем увеличиться вследствие выщелачивания бетона, что приведет к необходимости восстановления его плотности. Укрепление сильно выветрившейся кладки фундаментов производится путем частичной замены разрушенной кладки новой, расчистки и заделки трещин, нанесения защитных покрытий на поверхность. Замену разрушенной кладки следует вести последовательно, участками длиной 1–2 м, чтобы не обнажать фундаменты на большой длине. 154 Рисунок 3.6. Устройство дополнительной кирпичной кладки: 1 – усиливаемый кирпичный фундамент; 2 – участки частичной разборки существующей кладки фундамента; 3 – дополнительная кирпичная кладка; 4 – зоны уплотненного грунта Рисунок 3.7. Устройство дополнительной кирпичной кладки и разгружающих балок: 1 – усиливаемый кирпичный фундамент; 2 – дополнительная кирпичная кладка; 3 – металлические балки; 4 – зоны уплотненного грунта (втрамбованный щебень); 5 – металлические пластины, укладываемые в слой цементнопесчаного раствора с шагом 0,5–1,0 м; 6 – отверстие в стене, заполняемое цементнопесчаным раствором 155 Рисунок 3.8. Замена фундаментов под стены с использованием разгрузочных балок: 1 – подведенный фундамент; 2 – разгружающие балки; 3 – стяжной болт; 4 – шурф; 5 – кирпичная стена Рисунок 3.9. Перекладка ленточных фундаментов наружных стен: 1 – существующая стена фундамента; 2 – удаляемый блок фундамента; 3 – новый блок фундамента; 4 – домкрат; 5 – прорези; 6 – прокладки; 7 – подмости; 8 – металлические полозья; 9 – пол подвала; 10 – перекрытие 156 Рисунок 3.10. Перекладка ленточных фундаментов внутренних стен: 1 – существующая стена фундамента; 2 – удаленный блок фундамента; 3 – новый блок фундамента; 4 – домкрат; 5 – сквозные прорези; 6 – струбцина; 7 – подкладка либо полозья; 8 – пол подвала; 9 – перекрытие В тех случаях, когда из-зa выветривания и разрушения кладки фундамента образовывались трещины, в надфундаментной части здания или сооружения, просто заполнение открытых трещин цементным раствором может быть недостаточным. Тогда рекомендуется повысить прочность здания или сооружения другими конструктивными мероприятиями. 157 Рисунок 3.11. Закрепление бутовой кладки силикатно-полизоцианитным раствором: 1 – существующий фундамент, находящийся в неудовлетворительном состоянии (трещины, расслоение); 2 – инъекторы для нагнетания силикатнополизоцианитного раствора, устанавливаемые в шпуры или отверстия; 3 – кирпичная стена; 4 – пазух, вскрываемый для проведения работ по закреплению фундамента 158 Рисунок 3.12. Устройство защитных стенок: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – участки разрушения в результате действия агрессивной среды в грунте; 3 – защитная стенка из кирпича, устанавливаемая после восстановлении участков разрушения; 4 – обмазочная или оклеечная гидроизоляция; 5 – кирпичная стена 3.1.4. Защита фундаментов от замачивания Для конструкций, располагающихся в грунте, установлены определенные нормы содержания химических веществ в подземной воде, при которых она считается агрессивной по отношению к бетону (СНиП 2.03.11-85. «Защита строительных конструкций от коррозии»). Избежать воздействия некоторых видов агрессивных подземных вод на бетон можно применением более стойких к данному виду агрессивности цементов (например, сульфатостойких цементов при сульфатной агрессивности воды). Хорошо сопротивляются агрессивности подземных вод очень плотные бетоны в трещиностойких конструкциях. Если нет гарантии получения очень плотного бетона, приходится изолировать фундаменты от агрессивных подземных вод. Особое внимание необходимо уделить гидроизоляции фундамента снизу, где арматура защищена лишь небольшим слоем бетона. 159 Для этого при устройстве монолитных фундаментов делают подготовку из щебня, втрамбованного в грунт и политого битумом, или из асфальта. Подготовку покрывают за 2 раза битумной мастикой или мастикой из полимерных смол. В исключительных случаях по подготовке, выровненной стяжкой, укладывают рулонную гидроизоляцию на соответствующей мастике. Разрушение бетона с боков фундамента менее опасно, поэтому в таких местах часто ограничиваются покрытием фундамента мастикой из полимерных смол или за 2 раза черным вяжущим. Дополнительно вокруг фундамента делают замок из перемятой глины. Когда агрессивность подземных вод велика или возможен разлив агрессивных химических растворов на пол по грунту, устраивают более сложную гидроизоляцию из рулонных материалов. Рисунок 3.13. Изоляция фундамента oт агрессивных подземных вод: 1 – щебень, втрамбованный в грунт; 2 – битумная мастика или мастика из полимерных смол; 3 – покрытие за 2 раза черным вяжущим (или мастикой из полимерных смол); 4 – замок из перемятой глины 160 Рисунок 3.14. Гидроизоляция подвальных помещений: 1 – обмазка; 2 – гидроизоляция между фундаментом и стеной; 3 – цементный слой или плитка; 4 – подготовка; 5 – пригрузочный слой бетона; 6 – рулонная гидроизоляция; 7 – железобетонный кессон; 8 – фундаментная плита; 9 – защитная стенка Гидроизоляция представляет собой комплекс мер для защиты строительных конструкций и помещений от вредного действия воды. Различают антифильтрационную гидроизоляцию, устраиваемую для защиты конструкций и помещений от проникновения воды и антикоррозийную, предназначенную для защиты материала конструкций от агрессивного (химического) действия вод и атмосферных явлений. В практике строительства применяют следующие типы гидроизоляции: окрасочную; штукатурную; литую; оклеечную; пластмассовую; металлическую. Окрасочная гидроизоляция фундаментов представляет собой многослойное (2–4 слоя) водонепроницаемое покрытие. Это один из самых дешевых способов гидроизоляции и антикоррозийной защиты. Ее устраивают из нефтяных битумов (в том числе разжиженных и эмульгированных мастик). Недостатком окрасочной гидроизоляции является ее недолговечность. 161 Штукатурная цементная гидроизоляция – это покрытие из цементного раствора состава 1:1–1:3, наносимого методом торкретирования или вручную. Поверх такой штукатурки, как правило, устраивают окрасочную гидроизоляцию. Горячая асфальтовая штукатурная гидроизоляция выполняется путем набрызга либо розлива горячего асфальтового раствора или мастики в несколько слоев. Общая толщина такого покрытия до 25 мм. Эта гидроизоляция отличается высокой прочностью при статических и динамических нагрузках, а также химической стойкостью, ее применяют без защитного слоя. Холодная асфальтовая штукатурная гидроизоляция устраивается путем нанесения нескольких слоев толщиной по 4 мм. Количество слоев (от 2 до 5) и общую толщину гидроизоляции выбирают в зависимости от действующего гидростатического давления воды. Такую изоляцию на горизонтальных поверхностях защищают стяжкой из цементного раствора или бетона. На вертикальных поверхностях ограждением служит кирпичная или железобетонная стенка, армированная цементная штукатурка. Литая асфальтовая гидроизоляция наносится в расплавленном состоянии путем розлива и выравнивания. При гидроизоляции вертикальных поверхностей мастику или раствор заливают в пространство между изолируемой поверхностью и ограждением (обычно из кирпича). Толщина такой гидроизоляции 30–60 мм. Оклеечная битумная гидроизоляция устраивается в виде гидроизоляционного ковра из рулонных материалов, наклеиваемых послойно на битум или мастику. Такую гидроизоляцию следует защищать стенкой из кирпича или из бетона, которая прижимает гидроизоляцию к ограждаемой поверхности. Пластмассовую гидроизоляцию устраивают, наклеивая на изолируемую поверхность листовые или рулонные пластмассы. Этот метод эффективен при защите конструкций от агрессивной среды. Металлическую гидроизоляцию устраивают в виде сплошного ограждения изолируемых поверхностей стальными листами толщиной не менее 4 мм, соединенных между собой сваркой и 162 прикрепленных к изолируемой поверхности. Ввиду высокой стоимости такой гидроизоляции ее следует применять для защиты особо ответственных конструкций и помещений. В зависимости от характера воздействия на конструкцию различают три вида гидроизоляции: противонапорная – устраивается при наличии гидростатического давления воды на ограждающие конструкции; обычно такую гидроизоляцию устраивают на наружной стороне конструкции (рис. 3.15а); по конструктивным соображениям иногда устраивают внутреннюю напорную гидроизоляцию (рис. 3.15б); для защиты от поверхностных и фильтрационных вод, поступающих сверху конструкции – крышевидная (рис. 3.15в) и лотковая (рис. 3.15г); для защиты от грунтовой влаги – выполняется в виде горизонтальной и вертикальной гидроизоляции стен и гидроизоляции пола (рис. 3.15д). а) б) в) г) д) Рисунок 3.15. Виды гидроизоляции: 1 – защищаемая конструкция; 2 – гидроизоляция; 3 – защитная конструкция 3.2. Увеличение несущей способности фундаментов 1. Без изменения расчетной схемы: а) уширение подошвы фундаментов; б) устройство обойм вокруг фундаментов (металлических, железобетонных и др.); в) увеличение глубины заложения фундаментов; 163 г) устройство приливов, банкетов, рубашек и наращиваний (бетонных, каменных и пр.); д) усиление отдельных элементов конструкций фундаментов; е) закрепление грунтов основания (см. главу 2). 2. С изменением расчетной схемы: а) переустройство фундаментов (ленточных в плитные, столбчатых в ленточные); б) передача части нагрузки от фундаментов или надфундаментных конструкций на основание; в) усиление фундаментов путем устройства связей (анкеров, стоек, тяжей и др.); г) частичное упрочнение грунтов оснований (см. главу 2). 3. С изменением напряженного состояния: а) устройство предварительно напряженных обойм (металлических или железобетонных); б) устройство железобетонных рам и металлических раскосов; в) устройство шпунтового ограждения или опускного колодца вокруг фундаментов. 3.2.1. Увеличение несущей способности фундаментов без изменения расчетной схемы Условия передачи давления на грунт изменяются при двустороннем или одностороннем уширении подошвы фундаментов. Подошву фундаментов уширяют с целью передачи давления на большую площадь. 164 Рисунок 3.16. Схемы уширения подошвы фундамента (с эпюрами давления в плоскости подошвы): а – без обжатия грунта основания (1 – верхняя эпюра до усиления, 2 – после усиления и загрузки фундамента); б – с обжатием грунта основания с помощью домкратов (1 – верхняя эпюра после обжатия (до усиления показана пунктиром), 2 – после усиления и загрузки фундамента) Если уширения выполняют без обжатия грунта основания, то они вступают в работу лишь при увеличении нагрузки, когда появляются дополнительные осадки (рис. 3.16а). Уширенные части фундамента воспринимают только часть увеличившейся нагрузки (нижняя эпюра, рис. 3.16а). Значительная часть этой нагрузки будет передаваться через подошву старого фундамента, так как под ней грунт более уплотнен. Для уменьшения развития дополнительных осадок уширенного фундамента необходимо предварительное обжатие грунта, расположенного под новыми частями 165 уширенного фундамента. Обжатие производится с помощью гидравлических домкратов (рис. 3.16б) с доведением давления на грунт до величины в 1,5 раза превышающей фактическое давление при нормальной работе сооружения. После обжатия до снятия домкратов полости между домкратами вдоль фундамента заделывают бетоном. Рисунок 3.17. Обжатие грунта с помощью гидродомкратов: 1 – старый фундамент; 2 – свежеуложенный бетон; 3 – поперечная балка; 4 – гидродомкрат 3.2.1.1. Устройство обойм вокруг фундаментов При реконструкции здания, когда существенно возрастают нагрузки на фундамент, а также когда в результате неравномерных осадок появляются трещины в здании и фундаменте, рекомендуется усиливать фундамент выполнением обойм из бетона и железобетона. Обойму выполняют в траншеях. В отверстия, просверленные перфораторами или пробитые в старом фундаменте, вставляют стяжки. Сцепление бетона с кладкой обусловливается неровной боковой поверхностью кладки, очищенной и продутой сжатым воздухом. Кроме того, в обоймах увеличивают арматуру, рассчитанную на обеспечение прочности стен в продольном направлении. При устройстве бетонных и железобетонных обойм достигается некоторое уширение фундаментов: для бетонных на 20– 166 30 см, для железобетонных – не менее 15 см с каждой стороны. Для того чтобы необжатые нагрузкой грунты оснований под уширенной частью фундамента включились в работу, необходимо повысить их несущую способность. Этого можно достигнуть втрамбовыванием в грунт щебня и гравелистого песка, который насыпают слоями 5–10 см. Обойма для лучшей связи с телом фундамента анкеруется стержнями диаметром 20 мм через 1–1,5 м Армирование железобетонной обоймы производится сеткой с ячейками 15 15 см в нижней части обоймы и 10 10 см – в верхней. Стойки обойм выполняют из прокатного металла, который одним концом заделывают в бетонный пол подвала, а другим – приваривают к анкерам. При устройстве обойм применяют бетон класса В10–В15. Рисунок 3.18. Расширение опорной площади и усиление отдельно стоящего фундамента: 1 – существующий фундамент; 2 – арматура существующего фундамента; 3 – новая арматура; 4 – новый бетон; 5 – поверхности вырубки существующего фундамента 167 Рисунок 3.19. Устройство односторонней железобетонной обоймы стены подвала: а – железобетонная обойма; б – фасад стены; 1 – обойма; 2 – существующая стена или фундамент; 3 – арматурный каркас; 4 – анкер; 5 – стойка каркаса Рисунок 3.20. Двусторонняя обойма фундамента: 1 – обойма; 2 – существующая стена или фундамент; 3 – арматурный каркас 168 Рисунок 3.21. Усиление фундаментов с помощью железобетонных обойм: а – с уширением подошвы фундамента; б – с уширением фундамента по всей высоте; в – с усилением поперечной балкой; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – свежеуложенный бетон; 3 – обработанная поверхность; 4 – поперечная балка Рисунок 3.22. Увеличение опорной площади устройством подушки из бетона: 1 – существующий фундамент; 2 – бетон; 3 – металлическая балка; 4 – анкер; 5 – отверстия, заделываемые жидким цементным раствором под давлением 169 Рисунок 3.23. Увеличение площади подошвы бутового фундамента: 1 – бетонная обойма; 2 – металлическая стяжка; 3 – стена; 4 – существующий ослабленный фундамент; 5 – щебень, втрамбованный в грунт Рисунок 3.24. Уширение опорной площадки и закрепление бутовой кладки устройством железобетонной обоймы: 1 – существующий фундамент; 2 – железобетонная обойма; 3 – металлический анкер; 4 – кирпичная кладка 170 Рисунок 3.25. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – кирпичная колонна; 3 – железобетонная обойма; 4 – арматурный каркас обоймы; 5 – штраба, пробиваемая по периметру колонны для устройства обоймы; 6 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию (очищенная от грунта и промытая) Рисунок 3.26. Увеличение площади подошвы кирпичного или бетонного фундамента: 1 – железобетонная обойма; 2 – шпонки; 3 – продольная арматура 171 Рисунок 3.27. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый бетонный фундамент; 2 – кирпичная колонна; 3 – железобетонная обойма; 4 – арматура усиления; 5 – штрабы в теле фундамента; 6 – металлические штыри, устанавливаемые на эпоксидном клее или цементно-песчаном растворе; 7 – зоны уплотнения грунта Рисунок 3.28. Увеличение опорной площади бетонного столбчатого фундамента: 1 – существующий бетонный фундамент; 2 – колонна; 3 – железобетонная обойма; 4 – арматура усиления; 5 – штрабы в теле фундамента; 6 – металлические штыри 172 Рисунок 3.29. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная обойма; 3 – отверстия в швах между блоками для установки рабочей арматуры; 4 – основная рабочая арматура усиления; 5 – отметка пола подвала; 6 – сколотая поверхность бетона; 7 – выпуски арматуры в подушке; 8 – сварка; 9 – зоны уплотнения грунта Рисунок 3.30. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная обойма; 3 – отверстия в швах между блоками для установки рабочей арматуры; 4 – основная рабочая арматура усиления; 5 – зоны уплотненного грунта; 6 – кирпичная кладка стены; 7 – поверхность, подготовленная к бетонированию 173 Рисунок 3.31. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная обойма; 3 – отверстия, заполняемые жидким цементным раствором; 4 – металлические анкеры; 5 – арматура, привариваемая к анкеру; 6 – штрабы в стене; 7 – зоны уплотненного грунта УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Рисунок 3.32. Устройство обоймы из фибробетона: 1 – существующий фундамент; 2 – кирпичная стена подвала; 3 – обойма из фибробетона; 4 – отверстия диаметром 20–30 мм и глубиной до 250 мм; 5 – металлические анкеры из арматуры периодического профиля, устанавливаемые на эпоксидном клее либо цементно-песчаном растворе 174 Рисунок 3.33. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – кирпичная стена; 3 – железобетонная обойма; 4 – анкеры; 5 – надподвальное перекрытие; 6 – отметка пола подвала; 7 – гидроизоляция Рисунок 3.34. Увеличение опорной площади и усиление бетонного фундамента: 1 – существующий фундамент; 2 – металлическая обойма; 3 – банкет; 4 – несущие балки, передающие нагрузку на банкет; 5 – стержневая арматура; 6 – железобетонная обойма; 7 – металлические уголки 175 Рисунок 3.35. Усиление железобетонной обоймой фундамента вертикального компрессора: а – нижней плиты; б – стены подземной части; 1 – нижняя плита; 2 – обойма; 3 – стенка; 4 – трещины Рисунок 3.36. Усиление железобетонной обоймой фундамента под две конусные дробилки: 1 – фундамент; 2 – обойма; 3 и 4 – нижняя и верхняя дробилки 3.2.1.2. Увеличение глубины заложения фундаментов Глубину заложения фундамента увеличивают редко, так как при этом приходится выполнять работы захватками. Сначала делают подкоп под частью фундамента, устраивают в пределах захватки новый фундамент и включают его в работу, обжимая домкратами грунт под ним. Затем переходят к возведению следующей части нового фундамента. И так до тех пор, пока под всем 176 фундаментом грунт не будет заменен на кладку по проекту. Такого рода работы обычно производят при разрушении верхней части деревянных свай под ростверком в результате развития гнилостного процесса из-за понижения уровня подземных вод. а) в) б) г) Рисунок 3.37. Схемы усиления фундаментов мелкого заложения: а – отдельными блоками в линию; б – блоками сплошной стеной; в – блоками, расположенными в шахматном порядке; г – монолитной железобетонной плитой; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приямок; 3 – блок усиления; 4 – плита усиления; 5 – армирование плиты усиления Углубление фундамента (часто одновременно с его уширением) применяется только в сухих и маловлажных грунтах. Величина заглубления назначается по расчету, обеспечивающему устойчивость углубляемых фундаментов. 177 Рисунок 3.38. Устройство дополнительных подушек из монолитного железобетона: 1 – подушка существующего фундамента; 2 – фундаментные блоки; 3 – дополнительные подушки из монолитного железобетона; 4 – кирпичная кладка; 5 – отметка пола подвала 3.2.1.3. Устройство приливов Рисунок 3.39. Устройство приливов из бетона: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – кирпичная стена; 3 – приливы из бетона; 4 – зоны уплотненного грунта; 5 – поверхность усиливаемого фундамента, подготовленного к бетонированию (очистка от грунта, разрушенных камней и раствора) Рисунок 3.40. Устройство приливов из бетона при одновременном заглублении фундамента: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приливы из бетона; 3 – кирпичная стена; 4 – анкер; 5, 6 – отметка подошвы соответственно до и после усиления фундамента; 7 – зоны уплотненного грунта; 8 – поверхность, подготовленная к бетонированию (очистка от грунта, разрушенных камней и раствора) 178 Рисунок 3.41. Увеличение опорной площади и закрепление бутового фундамента: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приливы из бетона; 3 – металлические балки; 4 – стяжные болты; 5 – кирпичная колонна; 6 – арматура; 7 – металлические штыри Рисунок 3.42. Устройство железобетонных приливов: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – монолитные приливы из железобетона; 3 – уплотненный грунт (втрамбованный щебень); 4 – арматура усиления; 5 – кирпичная стена; 6 – затяжка из арматурной стали УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ Рисунок 3.43. Устройство приливов из бетона: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приливы из бетона; 3 – рабочая арматура существующего фундамента; 4 – арматура усиления; 5 – сколотая поверхность бетона; 6 – сварка; 7 – подготовка из тощего бетона, уложенная по уплотненному грунту 179 Рисунок 3.44. Устройство приливов из бетона: 1 – усиливаемый железобетонный фундамент; 2 – металлические балки; 3 – приливы из бетона; 4 – арматура усиления; 5 – железобетонная колонна Рисунок 3.45. Устройство металлической обоймы с приливами из бетона: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – металлические уголки; 3 – распорки; 4 – приливы из бетона; 5 – металлические балки; 6 – стержневая арматура; 7 – колонна; 8 – зоны уплотненного грунта 180 Рисунок 3.46. Устройство приливов из бетона с применением плоских домкратов: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приливы из бетона; 3 – балки-связи из прокатного металла; 4 – ниши в фундаменте для установки связей; 5 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию; 6 – плоские домкраты для включения приливов в работу; 7 – трубка для нагнетания под давлением цементного раствора (после нагнетания раствора отверстие герметизируется); 8 – зоны уплотненного грунта 3.2.1.4. Усиление фундаментов банкетами Укрепление фундамента с расширением подошвы осуществляют с помощью как односторонних, так и двусторонних банкет. Из условия производства работ минимальная ширина банкета в нижнем обрезе должна составлять 30 см, в верхнем–20 см. Высота железобетонного банкета на концах консолей должна быть 20– 25 см. Для опирания разгружающих балок применяют швеллеры или двутавры № 16–18. Разгружающие балки рассчитывают, исходя из действующих нагрузок, и выполняют из металлического проката или железобетона. Армирование железобетонных обойм производят по расчету, для бетонирования применяют литой бетон классов В25–В30. Если требуется расширить фундамент с обжатием основания под полосами расширения или выправить фундамент и стену, то рекомендуется следующая технология: 181 – в траншеях устраивают из сборных блоков или из монолитного бетона банкеты на утрамбованной подготовке; – пробивают отверстия сквозь фундамент и штрабы вдоль фундамента; – устанавливают в отверстия металлические балки; – вдоль фундамента бетонируют железобетонные балки или устанавливают металлические; – домкратами обжимают снование под банкетами и, если требуется, выравнивают фундамент и стену; – между домкратами устраивают бетонное заполнение; – вынимают домкраты и омоноличивают конструкцию. Рисунок 3.47. Расширение и выправление деформаций фундамента: 1 – существующий фундамент; 2 – бетонная банкетка; 3 – продольная железобетонная балка; 4 – поперечная металлическая балка; 5 – домкрат; 6 – щебень, втрамбованный в грунт; 7 – бетонное заполнение 182 УСИЛЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МОНОЛИТНЫМИ БАНКЕТАМИ Рисунок 3.48. Одностороннее расширение бетонным приливом: 1 – подкос; 2 – разгружающие балки; 3 – щебеночная подготовка; 4 – анкеры; 5 – опоры балок; 6 – штыри-связи через 25 см по высоте; 7 – цементно-песчаные сваи; 8 – зачеканка цементным раствором Рисунок 3.49. Двустороннее расширение бетонным приливом: 1 – опоры балок; 2 – анкеры; 3 – разгружающие балки; 4 – штыри-связи через 25 см по высоте; 5 – щебеночная подготовка 183 Рисунок 3.50. Расширение с усилением основания цементно-песчаными сваями: 1 – разгружающие балки; 2 – анкеры; 3 – цементно-песчаные сваи 3.2.1.5. Устройство рубашек и наращиваний Усиление жестких фундаментов может осуществляться путем увеличения их подошвы. При проектировании усиления необходимо максимально использовать существующий фундамент, обеспечив его совместную работу с элементами усиления. Несущую способность фундаментов реконструируемого объекта определяют с учетом фактических и прочностных и деформационных характеристик материала фундамента и грунтов основания а при свайных фундаментах используют результаты полевых испытаний (зондирование, статические испытания и др.). Увеличение размеров подошвы фундаментов необходимо при росте нагрузок, недостаточной несущей способности грунтов основания, а также при существенном повреждении фундаментов в процессе эксплуатации. Эффективными средствами увеличения подошвы фундаментов являются железобетонные «рубашки», наращивание, частичная или полная подводка новых фундаментов. Железобетонная «рубашка» представляет собой монолитную оболочку, которая охватывает существующий фундамент со всех сторон. Арматура оболочки образует пространственный каркас, и для обеспечения совместной работы старого фундамента с конст184 рукцией усиления обязательно стыкуется на сварке с предварительно обнаженной арматурой усиливаемого фундамента. Рабочую арматуру «рубашки» устанавливают вдоль граней усиливаемого фундамента. Рисунок 3.51. Усиление фундаментов железобетонной «рубашкой»: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная «рубашка»; 3 – арматура; 4 – усиливаемая колонна; 5 – обойма колонны Рисунок 3.52. Устройство железобетонной «рубашки»: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – обработанная поверхность (насечка); 3 – подготовка из тощего бетона; 4 – железобетонная рубашка с уширением; 5 – колонна; 6 – арматура усиления 185 Рисунок 3.53. Устройство продольных балок на ступенях совместно с железобетонной рубашкой: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – продольные железобетонные балки; 4 – железобетонная рубашка; 5 – поверхность, подготовленная к бетонированию (насечка, зачистка); 6 – отверстие, заполняемое жидким цементно-песчаным раствором; 7 – анкер из арматурной стали; 8 – кирпичная стена; 9 – штраба в стене При повреждении фундаментов в процессе эксплуатации для восстановления его несущей способности устраивают конструктивную «рубашку», размеры которой принимают в зависимости от диаметра арматуры, величины, защитного слоя, а также от технологической возможности укладки бетона в тело «рубашки». Если, кроме усиления фундаментов требуется также усиление колонны, то бетонирование обоймы для колонны и «рубашки» следует выполнять одновременно. Если колонна не требует усиления, «рубашку» фундамента заводят выше нижней части колонны на величину не менее большей стороны колонны и не менее пяти толщин «рубашки». 186 При усилении фундамента наращиванием увеличение его подошвы осуществляется с одной, двух или трех сторон. При наращивании, так же как и при устройстве «рубашек», необходимо обеспечивать стыковку на сварке оголенной арматуры старого фундамента с новой арматурой усиления. Одним из вариантов наращивания является передача части нагрузки с существующего фундамента на отдельные плиты с помощью металлических или железобетонных балок, пропущенных через отверстия в усиливаемом фундаменте. В этом случае опорные плиты предварительно обжимаются с помощью домкратов или гравитационной нагрузкой до расчетной. Ленточные неармированные фундаменты могут наращиваться с помощью арматуры, заанкеренной в тело фундамента и обетонированной на расчетную ширину усиления (рис. 3.54) Рисунок 3.54. Усиление ленточных фундаментов наращиванием: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – арматурный каркас наращивания; 3 – металлические трубы; 4 – шпуры 187 УСИЛЕНИЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НАРАЩИВАНИЕМ Рисунок 3.55. Устройство продольных балок (наращивания) на ступенях: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – железобетонное наращивание; 4 – отверстия в швах между блоками для установки рабочей арматуры (заполняется жидким цементным раствором); 5 – кирпичная кладка; 6 – поверхность, подготовленная к бетонированию Рисунок 3.56. Устройство продольных балок со стойками на ступенях: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины, в плитной части фундамента; 3 – продольные железобетонные балки; 4 – отверстия в швах между блоками для установки рабочей арматуры; 5 – железобетонные стойки (шаг стоек назначается по расчету); 6 – металлические балки; 7 – кирпичная стена; 8 – отверстие в стене для установки балки (заполняемое бетоном) 188 При жестком соединении существующего фундамента с конструкцией усиления способом наращивания или «рубашкой» расчет уширенного фундамента на естественном основании осуществляется по обычной методике. 3.2.1.6. Усиление отдельных элементов конструкций фундаментов Рисунок 3.57. Устройство продольных балок со стойками на уровне подошвы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – продольные железобетонные балки; 4 – железобетонные стойки; 5 – монолитный бетон; 6 – поверхность, подготовленная к бетонированию; 7 – поперечные металлические балки; 8 – прокладки; 9 – кирпичная стена; 10 – проемы в стене (после установки балок заполняются бетоном); 11 – зоны уплотненного грунта 189 Рисунок 3.58. Устройство наращивания из железобетона под пилястры: 1 – усиливаемый элемент; 2 – наращиваемый фундамент под пилястру; 3 – арматура усиления; 4 – поверхность, подготовленная к бетонированию (насечка); 5 – пилястра; 6 – кирпичная стена; 7 – зона уплотненного грунта Рисунок 3.59. Устройство фундаментов под пилястры: 1 – существующий фундамент; 2 – наращиваемый фундамент под пилястру; 3 – арматура усиления; 4 – подготовленная поверхность (насечка); 5 – пилястра; 6 – кирпичная стена; 7 – гидроизоляция 190 Рисунок 3.60. Устройство монолитной железобетонной подушки (для наружных стен): 1 – усиливаемый фундамент; 2 – монолитная железобетонная подушка; 3 – отверстие, заделываемое цементным раствором под давлением; 4 – утеплитель из керамзитового гравия; 5 – кирпичная стена; 6 – затяжка из арматурной стали; 7 – зоны уплотненного грунта Рисунок 3.61. Устройство монолитной железобетонной подушки (для внутренних стен): 1 – усиливаемый фундамент; 2 – монолитная железобетонная подушка; 3 – отверстие, заделываемое цементным раствором под давлением; 4 – кирпичная стена; 5 – затяжка из арматурной стали; 6 – зоны уплотненного грунта 191 Рисунок 3.62. Усиление плитной части устройством железобетонной обоймы 1 – существующий фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – железобетонная обойма; 4 – поверхность, подготовленная к бетонированию (насечка, зачистка); 5 – кирпичная стена Рисунок 3.63. Устройство железобетонной обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – железобетонная обойма; 4 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию (насечка, зачистка, промывка); 5 – кирпичная стена; 6 – штраба в стене 192 Рисунок 3.64. Устройство продольных балок со стойками на ступенях: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещины в плитной части фундамента; 3 – продольные железобетонные балки; 4 – железобетонные стойки; 5 – поперечные металлические балки, устанавливаемые в отверстия, пробитые в стене; 6 – продольные металлические балки, устанавливаемые в штрабах; 7 – стяжные болты; 8 – кирпичная стена Рисунок 3.65. Устройство металлической обоймы вокруг подколонника: 1 – подколенная часть фундамента; 2 – колонна; 3 – металлическая обойма усиления подколонной части фундамента; 4 – продольные уголки обоймы, устанавливаемые на растворе; 5 – поперечные планки обоймы; 6 – плотная цементнопесчаная штукатурка 193 Рисунок 3.66. Устройство железобетонной обоймы вокруг подколонника: 1 – подколонная часть фундамента; 2 – колонна; 3 – железобетонная обойма усиления подколонной части фундамента; 4 – поперечные арматурные сетки обоймы; 5 – вертикальные арматурные стержни обоймы; 6 – поверхность подколонника, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) Рисунок 3.67. Устройство обоймы из фибробетона на стаканную часть фундамента: 1 – усиливаемый железобетонный фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – обойма из фибробетона; 4 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию (насечка, зачистка) 194 Рисунок 3.68. Подведение опор из швеллера: 1 – стаканная часть фундамента; 2 – колонна; 3 – опоры из швеллера, устанавливаемые на растворе в вырубленные борозды в защитном слое бетона колонны; 4 – стяжные болты; 5 – ребра жесткости; 6 – вырубленный защитный слой бетона колонны Рисунок 3.69. Устройство бетонной шпонки: 1 – стаканная часть фундамента; 2 – колонна; 3 – бетонная шпонка; 4 – вырубленный защитный слой бетона колонны; 5 – вырубленный защитный слой бетона стенок стакана 195 УСИЛЕНИЕ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Рисунок 3.70. Установка сборных элементов уширения: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – сборные элементы уширения; 3 – фиксированная затяжка; 4 – фрикционное покрытие; 5 – подкладки-клинья; 6 – прижимной щит; 7 – металлическая балка; 8 – кирпичная стена; 9 – зоны уплотненного грунта Рисунок 3.71. Увеличение опорной площади сборными железобетонными элементами с обжатием ими грунта основания: 1 – существующий фундамент; 2, 3 – элементы уширения соответственно до и после раздвижки; 4 – отверстие, заделываемое жидким цементным раствором под давлением; 5 – анкер; 6 – зоны уплотненного грунта; 7 – кирпичная кладка 196 Рисунок 3.72. Увеличение опорной части сборными элементами с обжатием грунта основания: 1 – существующий фундамент; 2 – элементы уширения опорной площади; 3 – зоны обжатого грунта основания; 4 – затяжка; 5 – устройство для отжатия элементов усиления; 6 – бетон из мелкого заполнителя; 7 – отверстие, заполняемое жидким цементным раствором 3.2.2. Увеличение несущей способности фундаментов с изменением расчетной схемы 3.2.2.1. Переустройство фундаментов При усилении столбчатых фундаментов возможны случаи переустройства этих фундаментов в ленточные, а ленточные – в плитные. Такие случаи возникают при значительных неравномерных деформациях основания, изменении величины нагрузок, установке нового технологического оборудования, изменении конструктивной схемы здания и в ряде других случаев. Для переустройства столбчатых фундаментов в ленточный между существующими фундаментами устраивают железобетон197 ную стенку в виде перемычки. Для лучшего сопряжения перемычки на существующих фундаментах делают насечку и штрабы, а также оголяют арматуру перемычки для приварки к арматуре cyществующего фундамента. Переустройство ленточных фундаметов в плитные осуществляют путем подведения концов плит под ленточный фундамент. Плиты между лентами объединяют обоймами, проходящими через отверстия, пробитые в нижней части стены ленточного фундамента. Рисунок 3.73. Устройство монолитных железобетонных плит с ребрами жесткости: 1 – усиливаемые столбчатые фундаменты; 2 – монолитные железобетонные плиты; 3 – ребра жесткости; 4 – сколотый бетон в плитных частях фундамента; 5 – поверхность пола; 6 – арматурные каркасы 198 Рисунок 3.74. Устройство ступенчатых монолитных железобетонных плит с ребрами жесткости: 1 – усиливаемые столбчатые фундаменты; 2 – ступенчатые монолитные железобетонные плиты; 3 – ребра жесткости; 4 – сколотый бетон на плитных частях фундамента; 5 – углубление в стаканной части фундаментов для устройства шпонок; 6 – арматурные каркасы Рисунок 3.75. Устройство монолитных железобетонных плит: 1 – усиливаемые столбчатые фундаменты; 2 – монолитные железобетонные плиты; 3 – поверхность пола; 4 – арматурные каркасы 199 Рисунок 3.76. Устройство монолитных железобетонных плит с диафрагмами жесткости и обоймами вокруг стаканов: 1 – усиливаемые столбчатые фундаменты; 2 – монолитные железобетонные плиты; 3 – монолитные железобетонные обоймы; 4 – диафрагмы жесткости; 5 – арматурные каркасы ПЕРЕУСТРОЙСТВО ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ПЛИТНЫЕ Рисунок 3.77. Устройство сплошной (прерывистой) плиты с балками на шпонках 200 Рисунок 3.78. Устройство сплошной (прерывистой) плиты на шпонках: 1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – сплошная (прерывистая) плита; 3 – пазы, устраиваемые в фундаментных стенах; 4 – кирпичная кладка; 5 – рабочая арматура плиты усиления; 6 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию; 7 – отметка пола первого этажа Рисунок 3.79. Устройство сплошной (прерывистой) плиты снизу подушек: 1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – сплошная (прерывистая) плита; 3 – отметка поверхности пола подвала; 4 – уплотненный крупный песок; 5 – кирпичная стена; 6 – рабочая арматура плиты усиления; 7 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию 201 Рисунок 3.80. Устройство сплошной (прерывистой) плиты наращивания сверху подушек: 1 – существующий фундамент; 2 – сплошная (прерывистая) плита; 3 – отверстие в швах между блоками для установки рабочей арматуры; 4 – основная рабочая арматура усиления; 5 – кирпичная стена; 6 – поверхность фундаментов», подготовленная к бетонированию (зачистка, насечка) 3.2.2.2 Усиление фундаментов с обжатием грунта основания и передачей нагрузки на дополнительные элементы Рисунок 3.81. Вдавливание блоков в грунт под подошву фундамента: а – установка блоков возле фундамента; б – вдавливание блоков; в – стягивание блоков; г – размещение подошвы фундамента на уступах блоков; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – грунт; 3 – блоки усиления; 4 – колонна; 5 – упорная платформа; 6 – винты; 7 – центрирующее устройство; 8 – гидродомкраты; 9 – телескопические прокладки; 10 – рама; 11 – винты для стягивания блоков; 12 – покрытие; 13 – цементно-песчаный раствор 202 Рисунок 3.82. Устройство железобетонной плиты с нагнетанием раствора в основание: 1 – верхняя часть усиливаемого фундамента; 2 – вскрываемый пазух фундамента; 3 – насыпной грунт; 4 – слой сыпучего материала из мелких фракций лещадной формы, являющийся заполнителем бетона; 5 – слой сыпучего материала из крупных фракций, являющийся заполнителем бетона; 6 – железобетонная ребристая плита; 7 – арматура плиты, привариваемая к оголенной арматуре фундамента; 8 – металлическая обойма; 9 – металлические трубы с резьбой для соединения со шлангами растворонасоса; 10 – цементно-песчаный раствор, нагнетаемый под давлением в основание плиты 203 Рисунок 3.83. Подведение дополнительного фундамента: 1 – усиливаемые фундаменты; 2 – дополнительный фундамент (например, сваи с ростверком); 3 – наклонные элементыраспорки, передающие нагрузку от усиливаемого фундамента на фундамент (жестко заделанный в ростверк и жестко закрепленный на усиливаемом фундаменте с помощью обойм); 4 – горизонтальный элемент, воспринимающий растягивающие усилия, шарнирно соединенный с усиливаемыми фундаментами 204 УСИЛЕНИЕ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ УСТАНОВКОЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Рисунок 3.84. Установка раскосов для передачи части нагрузки от колонны на основание: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – элементы усиления фундамента; 4 – металлические раскосы; 5 – металлическая балка; 6 – металлическая обойма, приваренная к арматуре колонны; 7 – арматура колонны; 8 – оголенный от защитного слоя участок колонны; 9 – зоны уплотненного грунта Рисунок 3.85. Установка раскосов для передачи части нагрузки от колонны на обрез фундамента: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – подкладки, устанавливаемые на обрез фундамента; 4 – металлические раскосы; 5 – металлическая балка, монтируемая по периметру фундамента; 6 – металлическая обойма, приваренная к арматуре колонны 205 3.2.2.3. Усиление фундаментов введением дополнительных связей Рисунок 3.86. Усиление фундамента путем установки односторонних связей в виде стоек и подкосов: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – фундамент под дополнительно устанавливаемое оборудование; 3 – дополнительное оборудование; 4 – колонна реконструируемого здания; 5 – фундамент примыкающего здания; 6 – колонна примыкающего здания; 7 – стоика из прокатного металла, жестко прикрепляемая к подкосу и свободно опирающаяся на плитную часть усиливаемого фундамента; 8 – металлический патрубок, закрепляемый на усиливаемом фундаменте; 9 – подкос из прокатного металла; 10 – металлическая или железобетонная обойма 206 Рисунок 3.87. Усиление стаканной части фундамента установкой перекрестных связей: 1 – плитная часть усиливаемого фундамента; 2 – стаканная часть устанавливаемого фундамента; 3 – колонна; 4 – обойма на колонне (железобетонная или металлическая); 5 – металлические тяжи, устанавливаемые крест-накрест между обоймой и плитной частью фундамента; 6 – муфты натяжения; 7 – опорные закладные детали; 8 – анкерные болты, устанавливаемые на цементном или полимерном растворе в высверленные скважины 207 Рисунок 3.88. Устройство дополнительного фундамента с установкой связей: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – дополнительный фундамент; 3 – горизонтальная балка; 4 – сквозной осевой паз в балке; 5 – опорный столик, жестко соединяемый с фундаментом (осуществляет фиксацию балки в вертикальном направлении); 6 – шарнирное сопряжение балки с дополнительным фундаментом; 7 – стержень, заделываемый в тело усиливаемого фундамента и прикрепляемый к дополнительному фундаменту; 8 – домкрат (приспособление для включения разгружающих конструкций в работу) 208 5 Рисунок 3.89. Усиление фундамента путем установки односторонних связей в виде стоек: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – эксплуатируемое тяжелое оборудование; 3 – оборудование, установленное дополнительно при реконструкции; 4 – фундамент стены эксплуатируемого здания; 5 – стена эксплуатируемого здания; 6 – несущая балка покрытия; 7 – стойка из прокатного металла, закрепляемая с несущей балкой покрытия (или плитной частью усиливаемого фундамента); 8 – опорный элемент из швеллера; 9 – эксплуатируемые подземные инженерные коммуникации; 10 – патрубок из металла, закрепленный на усиливаемом фундаменте (или несущей балке покрытия) Рисунок 3.90. Установка тяжей с натяжным устройством: 1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – у-образные тяжи, пропускаемые под фундаментом; 3 – подкладки из уголка; 4 – верхние элементы опорной плиты (к ним крепятся тяжи); 5 – нижние элементы опорной плиты (обжимают грунт); 6 – емкость из прочного эластичного материала; 7 – анкерные приспособления тяжей; 8 – патрубки для подачи сжатого воздуха (после обжатия грунта воздух в емкостях замещают бетоном); 9 – сыпучий грунт 209 Рисунок 3.91. Устройство анкеров из буронабивных свай: 1 – усиливаемый столбчатый фундамент; 2 – анкеры из буронабивных армированных свай, работающих на выдергивание (диаметр сваи 150–200 мм, длина 2–3 м); 3 – конусные отверстия в плитной части фундамента, заполняемые в последующем бетоном; 4 – металлические пластины, к которым приваривается арматура Рисунок 3.92. Устройство анкеров из буронабивных свай: 1 – усиливаемый столбчатый фундамент; 2 – анкеры из буронабивных свай, работающих на выдергивание (диаметр свай 150–200 мм, длина 2–3 м); 3 – элемент усиления из монолитного железобнтона; 4 – арматура усиления, устанавливаемая по расчетам или конструктивно; 5 – металлическая пластина, к которой крепится на сварке арматура анкера; 6 – арматура анкерных свай 210 3.2.3. Усиление несущей способности фундаментов с изменением напряженного состояния 3.2.3.1. Усиление столбчатых фундаментов предварительно напряженными железобетонными обоймами Рисунок 3.93. Устройство круглой в плане обоймы вокруг колонны: 1 – усиливаемый фундамент (при продавливании колонной); 2 – железобетонная колонна; 3 – горизонтальные борозды в защитном слое бетона колонны; 4 – железобетонная обойма; 5 – арматурный каркас обоймы; 6 – предварительно напряженные кольцевые арматурные стержни, устанавливаемые после бетонирования обоймы; 7 – муфта для натяжения; 8 – защитный слой (бетон, плотная штукатурка и др.) 211 Рисунок 3.94. Устройство ступенчатой прямоугольной в плане обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – насечка на боковой поверхности усиливаемого фундамента и колонны; 4 – железобетонная обойма; 5 – арматурный каркас обоймы; 6 – предварительно напряженные арматурные стержни, устанавливаемые после бетонирования обоймы; 7 – опорный уголок; 8 – трубкаупор, приваренная к уголку; 9 – гайка для натяжения стержня; 10 – защитный слой (бетон, плотная штукатурка и др.) 212 Рисунок 3.95. Устройство ступенчатой круглой в плане обоймы: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – насечка на боковой поверхности усиливаемого фундамента и колонны; 4 – железобетонная обойма; 5 – арматурный каркас обоймы; 6 – предварительно напряженные кольцевые арматурные стержни, устанавливаемые после бетонирования обоймы; 7 – муфты для натяжения стержней; 8 – ниша в обойме для размещения муфты; 9 – защитный слой (бетон, плотная штукатурка и др.) 213 3.2.3.2. Устройство железобетонных рам и металлических раскосов Рисунок 3.96. Устройство железобетонной рамы для увеличения опорной площадки фундамента: 1 – усиливаемый столбчатый фундамент; 2 – опорная рама из монолитного железобетона, устраиваемая по периметру существующей подошвы фундамента; 3 – арматура усиления; 4 – сколы по периметру подошвы усиливаемого фундамента; 5 – железобетонная колонна; 6 – зоны уплотненного грунта Рисунок 3.97. Установка раскосов для передачи части нагрузки от колонны на основание: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – элементы усиления фундамента; 4 – металлические раскосы; 5 – металлическая балка; 6 – металлическая обойма, привариваемая к арматуре колонны; 7 – арматура колонны; 8 – оголенный от защитного слоя участок колонны 214 3.2.3.3. Устройство шпунтовых стенок и опускного колодца вокруг фундаментов Рисунок 3.98. Устройство шпунтовых стенок из прокатного металла: 1 – существующий фундамент; 2 – стенки из металлического шпунта; 3 – несущий слой (слабый грунт); 4 – подстилаемый слой (прочный грунт); 5 – кирпичная стена Рисунок 3.99. Устройство опускного колодца вокруг столбчатого фундамента: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – опускной колодец с наружным скосом заострения ножа; 3 – обжимаемое основание, слабый грунт; 4 – засыпка из гравийно-песчаной смеси или другого материала, устраиваемая по наружному периметру стенок колодца; 5 – прочный грунт; 6 – колонна 215 3.3. Разгружение конструкций фундаментов 3.3.1. Передача нагрузки на сваи В сложных случаях усиления фундаментов мелкого заложения, когда нагрузку от здания требуется передать на глубоко залегающие прочные грунты, особенно при наличии высокого уровня подземных вод, используют вдавливаемые сваи. Усиление фундаментов сваями производится в основном двумя способами: пересадкой фундамента на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента. Для усиления ленточных фундаментов выносные сваи могут устраиваться как с каждой стороны ленточного фундамента, так и с одной его стороны (консольно-рычажные системы). УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТА ВЫНОСНЫМИ СВАЯМИ Рисунок 3.100. Ленточные фундаменты с расположением свай с двух сторон: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – свая; 3 – приямок 216 УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ВЫНОСНЫМИ СВАЯМИ Рисунок 3.101. Ленточные фундаменты с расположением свай с одной стороны (консольно-рычажная схема): 1 – усиливаемый фундамент; 2 – свая; 3 – свежеуложенный бетон УСИЛЕНИЕ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Рисунок 3.102. Передача нагрузки от стены на короткие забивные сваи: 1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – забивные железобетонные короткие сваи (длиной до 3,0–4,5 м); 3 – железобетонная обойма; 4 – основная рабочая арматура усиления; 5 – отверстие, проделываемое в швах между фундаментными блоками; 6 – кирпичная стена 217 Рисунок 3.103. Устройство выносных забивных свай с железобетонными балками: 1 – разгружаемый фундамент; 2 – монолитная железобетонная балка; 3 – свая, работающая на сжатие; 4 – свая, работающая на выдергивание (пристраивается к анкерам, заделываемым балку); 5 – железобетонный пояс; 6 – анкер; 7 – проемы в фундаменте для балок; 8 – кирпичная стена Для пересадки столбчатых фундаментов сваи могут располагаться по периметру вокруг фундамента или с двух противоположных сторон. Сваи, подводимые под подошву фундамента, можно располагать в один, несколько рядов или кустами в зависимости от конструкции фундамента. 218 а) б) Рисунок 3.104. Усиление фундаментов выносными сваями: а – столбчатые фундаменты с расположением свай с двух сторон; б – столбчатые фундаменты с расположением свай по периметру; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – свая; 3 – приямок Выносные сваи применяют при высоком уровне подземных вод, а сваи, подводимые под подошву, – при низком. Головы свай с усилиями фундаментом соединяют ростверками, выполняемыми в виде железобетонных поясов (для ленточных фундаментов) или железобетонных обойм (для столбчатых фундаментов). При усилении фундамента выносными сваями добиваются надежного сопряжения старого фундамента со сваями путем устройства в стене рандбалок в продольных штрабах. Балки связывают монолитным железобетонным ростверком, который соединяет головы свай. Сваи выводят до верха нижней ступени фундамента, а затем бетонируют раздельные ростверки. Домкраты устанавливают непосредственно над сваями, чтобы исключить работу ростверка на изгиб. На участке, расположенном между домкратами, фундамент разбирают и бетонируют ступень фундамен219 та, объединяющую оба ряда ростверков. Через сутки домкрат снимают. Инвентарные ригели удаляют, старую кладку на этих участках разбирают и заменяют бетоном. Ленточные фундаменты можно усилить с помощью задавливаемых свай из трубчатых элементов длиной 0,8–1,2 м, располагаемых попарно с двух сторон стен. Сваи погружают домкратами, реактивные усилия от которых передаются на железобетонные балки, изготовляемые совместно со сплошным железобетонным поясом, который омоноличивается со сваями. Задавливание свай осуществляется одновременно с двух сторон стены. По мере вдавливания трубчатые элементы стыкуются сваркой. Для подвески домкрата и равномерного распределения усилия вдавливания предусматривают инвентарные металлические упорные балки, которые крепят параллельно с каждой стороны стены к железобетонным балкам. После окончания вдавливания, демонтажа домкратов и упорных балок устанавливают арматуру и опалубку у оголовков свай, заполняют полость трубчатых свай бетоном литой консистенции. Работы выполняются из шурфов, откопанных до подошвы фундаментов. Для передачи нагрузки на нижнюю плоскость блоков при вдавливании свай между домкратом и блоком устанавливают стальную распределительную подушку в строго горизонтальном положении. После этого приступают к вдавливанию сваи, состоящей из звеньев труб длиной 0,5–0,8 м После вдавливания каждого звена поршень поднимают вверх и сваю наращивают очередным звеном. Для демонтажа домкратов без снятия усилий со сваи в просвет между верхом под домкратной клетки и низом наддомкратной балки устанавливают вертикально с обеих сторон домкрата металлические стойки. После снятия домкратов образовавшийся проем в стене фундамента закладывают или бетонируют. 220 Рисунок 3.105. Стыковка трубчатых элементов свай усиления: 1 – временная опора; 2 – гидронасос; 3 – металлические упорные балки; 4 – железобетонная балка; 5 – гидродомкрат; 6 – трубчатое звено сваи; 7 – свая Рисунок 3.106. Схема демонтажа домкратов: а – начало рабочего хода гидродомкрата; б – окончание рабочего хода гидродомкрата; в – перестановка домкрата; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – металлические стойки; 3 – наддомкратная балка; 4 – поддомкратная клетка; 5 – гидродомкрат; 6 – прокладка; 7 – сваи 221 Рисунок 3.107. Задавливание свай из металлических труб отдельными звеньями: 1 – усиливаемый железобетонный фундамент; 2 – звенья из металлических труб длиной 50 см; 3 – сварка; 4 – гидравлический домкрат; 5 – отметка пола подвала; 6 – кирпичная стена пазух, заполняемый грунтом с уплотнением после задавливания свай Для усиления фундаментов мелкого заложения может быть использована технология винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Эта технология обладает тем преимуществом, что при ее осуществлении не возникают динамические воздействия, которые могут отрицательно влиять на реконструируемые здания и установленное технологическое оборудование. Вначале откапывают старый фундамент до его подошвы. Затем с помощью буровой установки продавливают скважину спиралевидным снарядом. В скважину устанавливают арматурный каркас и производят бетонирование сваи, при этом для сопряжения с обоймой из головы сваи оставляют арматурные выпуски длиной 25–30 см. После завершения бетонирования свай выполняют работы по устройству железобетонной обоймы, объединяющей старый фундамент со сваями и производят обратную засыпку. 222 Рисунок 3.108. Схема продавливания скважин спиралевидными снарядами: а – устройство сваи; б – устройство железобетонной обоймы; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – арматурный каркас; 3 – сваи; 4 – грунт старого основания; 5 – прочный грунт; 6 – приямок; 7 – свежеуложенный бетон Фундаменты можно усиливать путѐм пересадки их на сваи. Для этого либо делают буроинъекционные сваи (бурят через фундамент наклонные скважины диаметром 0,15–0,25 м в которые под значительным давлением (10–16 МПа) нагнетают бетонную смесь), либо вдавливают звенья железобетонных свай домкратами. 223 Рисунок 3.109. Схема усиления основания и фундаментов буроинъекционными сваями 224 Рисунок 3.110. Передача нагрузки от фундамента на буроинъекционные сваи: 1 – усиливаемый столбчатый фундамент; 2 – буроинъекционные (корневидные) сваи диаметром 100–250 мм, устраиваемые через плитную часть усиливаемого фундамента; 3 – арматурные каркасы; 4 – конусные отверстия в плитной части фундамента, устраиваемые после установки арматурных каркасов и инъектирования цементно-песчаного раствора; 5 – железобетонная колонна Рисунок 3.111. Передача нагрузки от стены на буроинъекционные сваи: 1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – буроинъекционные (корневидные) сваи, устраиваемые через плитную часть усиливаемого фундамента; 3 – конусные отверстия в плитной части фундамента, устраиваемые после инъектирования цементнопесчаного раствора; 4 – кирпичная стена; 5 – пазух, заполняемый грунтом после устройства стыков сваи с плитной частью фундамента 225 Рисунок 3.112. Пересадка фундамента на сваи: 1 – фундамент; 2 – упорная плита; 3 – домкрат; 4 – свая УСИЛЕНИЕ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПЕРЕДАЧЕЙ НАГРУЗКИ НА СВАИ Рисунок 3.113. Передача нагрузки от фундамента на железобетонные сваи, погружаемые задавливанием: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная обойма, устраиваемая по периметру фундамента; 3 – сваи, погружаемые задавливанием с поверхности основания; 4 – арматура усиления; 5 – колонна; 6, 7 – соответственно слабый и прочный грунт; 8 – поверхность пола 226 Рисунок 3.114. Передача нагрузки от фундамента на железобетонные сваи, погружаемые задавливанием: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная обойма, устраиваемая по периметру фундамента; 3 – сваи, погружаемые задавливанием; 4 – сколотая поверхность бетона; 5 – рабочая арматура, существующего фундамента; 6 – арматура усиления, приваренная к рабочей арматуре существующего фундамента; 7 – выпуски арматуры свай; 8 – колонна; 9 – слабый грунт; 10 – прочный грунт Рисунок 3.115. Передача нагрузки от фундамента на составные железобетонные сваи, погружаемые задавливанием: 1 – усиливаемый столбчатый фундамент; 2 – звенья составных железобетонных свай; 3 – стыки свай; 4 – гидравлический домкрат; 5 – металлическая подкладка; 6 – шурф; 7 – монолитная железобетонная плита (устраиваемая участками после задавливания свай); 8 – железобетонные колонны 227 Рисунок 3.116. Передача нагрузки от стены на составные железобетонные сваи, погружаемые задавливанием: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – звенья составной сваи; 3 – железобетонная балка; 4 – железобетонное удлинение в виде стойки; 5 – металлические тяжи; 6 – металлические пластины; 7 – сколатая поверхность фундаментной плиты; 8 – стык сваи Рисунок 3.117. Передача нагрузки от стены на составные железобетонные сваи, погружаемые задавливанием: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – звенья составных железобетонных свай; 3 – железобетонные балки, устраиваемые вдоль стены здания; 4 – железобетонные монолитные перемычки, устраиваемые с шагом 1– 1,5 м; 5 – стыки свай; 6 – сколотая поверхность фундаментной плиты 228 В последнее время для укрепления фундаментов применяются буроинъекционные сваи, называемые корневидными. Для устройства этих свай с поверхности земли и с уровня пола 1-го этажа или подвала бурят вертикально и наклонно через существующий фундамент скважины до опирания на прочный грунт. Диаметр скважины обычно 0,1–0,25 м. Корневидные сваи бурят с помощью станков с малыми габаритами и массой, не нарушающими фундамент и грунт основания. Целесообразно применять корневидные сваи при реконструкции здания с увеличением нагрузок на фундамент; для усиления старых фундаментов; а также при опасности нарушения естественного основания глубокими выемками или подземными выработками около здания. Рисунок 3.118. Усиление фундамента корневидными сваями: а – висячими; б – усиление фундамента сваями-стойками; 1 – буроинъекционные (корневидные) сваи; 2 – фундамент; 3 – слабый грунт; 4 – прочный грунт Широкое распространение получило усиление ленточных и столбчатых фундаментов выносными буронабивными сваями, которые располагают относительно существующего фундамента так же, как и вдавливаемые сваи. Бурение скважин выполняют 229 ручным или механизированным способом в зависимости от стесненности площадки и габаритов оборудования. Подводку новых фундаментов производят при разработке грунта ниже подошвы существующих фундаментов, а также для прекращения недопустимых деформаций зданий и сооружений. В настоящее время усиление фундамента производят путем пересадки их на сваи. Один из вариантов подводки новых фундаментов – пересадка существующего здания или сооружения на набивные сваи. С этой целью с двух сторон деформированной стены отрывают траншеи глубиной на 0,5 м ниже глубины существующего фундамента, шириной 1,2–1,5 м и закрепляют стенки. В теле фундамента пробивают горизонтальную штрабу, в которую заводят обвязочные балки с последующей стяжкой их болтами и заделкой бетоном. После твердения бетона под обвязочными балками пробивают сквозные отверстия в фундаменте и устанавливают поперечные несущие балки. Их опирают на обвязку поверху набивных свай, предварительно забитых по обеим сторонам фундамента. После чего производится обжатие свай расчетной нагрузкой, превышающей нагрузку от здания. Обжатие позволяет в значительной степени уменьшить возможные осадки свайного фундамента при передаче нагрузки от здания или сооружения и выполняется гидравлическими домкратами с упором в поперечные балки. 230 Рисунок 3.119. Пересадка существующего фундамента на набивные сваи: 1 – обвязочные балки; 2 – поперечная балка; 3 – обвязка наверху свай; 4 – набивные сваи; 5 – существующий фундамент; 6 – кирпичная стена Другой вариант передачи нагрузки на набивные сваи – устраивается распределительная балка по всей длине реконструированного фундамента, а нагрузка на набивные сваи передается с помощью разгрузочных балок (рис. 3.120а). Работы выполняются участками длиной 1,5–2,0 м и в определенной последовательности, указанной в проекте. При этом обязательным является предварительное обжатие свай. 231 Рисунок 3.120. Передача нагрузок на выносные опоры: 1 – существующий фундамент; 2 – распределительная балка; 3 – разгрузочная балка; 4 – набивные сваи; 5 – сваи оболочки; 6 – бетонные банкеты В качестве выносных опор иногда используют сваи-оболочки и бетонные банкеты (рис. 3.120б, в). Расчетом определяют количество набивных свай и площадь банкета. Нагрузка от здания на выносные опоры передается с помощью железобетонных или металлических балок. Распределительные балки устанавливают для равномерной передачи нагрузки на балки-консоли, которые рассчитывают на смятие над распределительными балками и по шагу между балками-консолями. При наличии в геологическом разрезе основания прочного слоя, пригодного для опирания на него свай, в проектах усиления фундаментов следует рассматривать вариант подведения свай под существующие фундаменты. подведение свай вблизи стены чрезвычайно затрудняет работу. Для выполнения буронабивных свай необходимо, чтобы минимальное расстояние от свай до стены 232 составляло не менее 2.5 м. При этом поперечные балки получаются громоздкими, что осложняет их монтаж и вызывает большие расходы металла. Кроме того, бурение крупных скважин сопровождается сотрясением, а часто и увлажнением грунта, что может повлечь дополнительные осадки здания под нагрузкой. Внутри здания работы осложняются из-за стесненности пространства и недопустимости нарушения технологических процессов, поэтому приходится применять такие конструкции усиления, в которых стена подвешивается на консольные балки, и часть буронабивных свай работает на увеличенную нагрузку по сравнению с нагрузкой на существующие фундаменты. Устройство буронабивных и вдавливаемых свай требует соединения этих свай со старым фундаментом, что выполняется либо с помощью металлоконструкций, вставляемых в проемы и штрабы фундамента, либо с помощью железобетонных обойм. Рисунок 3.121. Подведение под фундамент буронабивных свай: 1 – свая; 2 – ростверк; 3 – домкрат, удаляемый перед обетонированием; 4 – подставки; 5 – балка; 6 – обетонирование; 7 – существующий фундамент; 8 – штрабы 233 Рисунок 3.122. Усиление фундамента буронабивными сваями, расположенными снаружи здания: 1 – буронабивные сваи; 2 – анкеры; 3 – балка; 4 – фундамент здания; 5 – замоноличиваемая заделка балки Рисунок 3.123. Сопряжение фундаментов существующего здания и пристройки: 1 – буронабивная свая; 2 – ростверк для пристройки; 3 – сетка, объединяющая ростверки; 4 – вырубаемый слой бетона; 5 – обнажаемая арматура существующего ростверка; 6 – существующий ростверк; 7 – забивная свая; 8 – поддерживающий консольный выступ 234 Рисунок 3.124. Передача нагрузки от колонны на буронабивные сваи: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – трещина в плите фундамента; 3 – металлические балки, привариваемые к рабочей арматуре колонны; 4 – монолитная железобетонная обвязка; 5 – буронабивные сваи; 6 – рабочая арматура колонны; 7 – сварка 235 Рисунок 3.125. Передача нагрузки от фундамента на буронабивные сваи: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – буронабивные сваи; 3 – железобетонная обойма; 4 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию; 5 – оголенная рабочая арматура существующего фундамента; 6 – арматура усиления (крепится на сварке к оголенной арматуре усиливаемого фундамента); 7 – железобетонная колонна 236 Рисунок 3.126. Устройство часторасположенных буронабивных свай: 1 – существующий фундамент; 2 – кирпичная стена; 3 – буронабивные сваи; 4 – зона уплотненного грунта Рисунок 3.127. Устройство выносных буронабивных свай с опорным уширением и металлическим усилением: 1 – разгружаемый фундамент; 2 – металлическая балка; 3 – свая, работающая на сжатие; 4 – свая, работающая на выдергивания; 5 – уширение сваи; 6 – отверстие, заделываемое бетоном после установки балки; 7 – металлическая балка-обвязка; 8 – упорный уголок; 9 – подкос; 10 – хомут; 11 – кирпичная стена 237 Рисунок 3.128. Устройство выносных буронабивных свай с анкерами и металлическими балками: 1 – существующий разгружаемый фундамент; 2 – металлическая балка; 3 – буронабивная свая, работающая на сжатие; 4 – металлическая балка-обвязка из уголка; 5 – отверстие, заделываемое бетоном; 6 – анкер в виде железобетонной плиты с металлической стойкой; 7 – балласт; 8 – прогоны из швеллера; 9 – стяжные болты; 10 – хомут Рисунок 3.129. Устройство выносных буронабивных свай с железобетонными балками: 1 – разгружаемый фундамент; 2 – монолитная железобетонная балка; 3, 4 – буронабивные сваи, работающие (соответственно) на выдергивание и сжатие; 5, 6 – отметки низа свай; 7 – кирпичная стена; 8 – засыпка; 9 – анкер; 10 – проем в фундаменте для балки 238 Рисунок 3.130. Устройство выносных буронабивных свай (забивных) с металлическими балками: 1 – существующий разгружаемый фундамент; 2 – металлическая балка; 3 – буронабивная свая, работающая на сжатие; 4 – свая, выполняющая роль анкера; 5 – балласт; 6 – прогоны из швеллера; 7 – стяжные болты; 8 – упорный уголок; 9 – металлический подкос; 10 – кирпичная стена; 11 – отверстие в стене, заделываемое бетоном после установки балок 3.3.2. Разгрузка ослабленных участков фундаментов путем конструктивных мероприятий УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ УСТРОЙСТВОМ РАЗГРУЖАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Рисунок 3.131. Установка разгружающих устройств: 1 – кирпичная стена; 2 – фундамент; 3 – перекрытие; 4 – железобетонные плиты, выполняющие роль разгрузочных устройств; 5 – подкладки; 6 – укрепленный слой грунта 239 Рисунок 3.132. Установка в стены металлических балок: 1 – кирпичная стена; 2 – перекрытие; 3 – металлические балки; 4 – фундамент; 5 – штраба в стене; 6 – отделочный слой; 7 – трещины в стене; 8 – анкер Рисунок 3.133. Устройство компенсационных траншей: 1 – кирпичная стена; 2 – траншея, засыпанная шлаком; 3 – крепления стенок траншеи; 4 – покрытие траншеи; 5 – отмостка Рисунок 3.134. Установка поперечных балок для замены фундаментной стены: 1 – кирпичная стена; 2 – фундамент, подлежащий замене; 3 – подкладки; 4 – металлические поперечные балки; 5 – гидравлические домкраты или подкладки; 6 – временные опоры; 7 – отверстие в стене 240 Рисунок 3.135. Установка подкосов для замены фундаментов под стены: 1 – кирпичная стена; 2 – фундамент; подлежащий замене; 3 –домкраты или клинья; 4 – прокладки; 5 – подкосы; 6 – упоры из металлических уголков Рисунок 3.136. Установка разгрузочных балок для замены фундаментов под стены: 1 – контуры фундамента, подлежащего замене; 2 – вновь устраиваемый фундамент; 3 – разгружающие металлические балки; 4 – стяжной болт; 5 – шурф; 6 – кирпичная стена УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН УСТАНОВКОЙ РАЗГРУЖАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Рисунок 3.137. Устройство разгрузочных площадок: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – разгрузочная площадка; 3 – ниши в стене (без нарушения арматуры); 4 – арматурная сетка (завести в ниши); 5 – подвески из арматурной стали, защищенные от коррозии; 6 – анкеры, установленные на цементнопесчаном растворе в просверленные отверстия 241 Рисунок 3.138. Устройство компенсационных траншей: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – компенсационная траншея с бетонными стежками; 3 – засыпка из золы или шлака Рисунок 3.139. Установка разгрузочных блоков: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – разгрузочные бетонные блоки; 3 – анкерная связь; 4 – паз, пробитый в стене (после установки связей заполнить бетоном); 5 – опорная пластина-шайба Рисунок 3.140. Устройство защитной шпунтовой стены: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – защитная шпунтовая стенка 242 Рисунок 3.141. Устройство контрфорсов: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – железобетонные контрфорсы; 3 – арматурный каркас; 4 – анкеры из арматуры периодического профиля; 5 – отверстия, просверленные в стене (после установки анкеров зачеканить раствором) Рисунок 3.142. Установка оттяжек: 1 – железобетонная подпорная стена; 2 – оттяжка из арматурной стали; 3 – муфта натяжения; 4 – анкерная свая; 5 – опорная пластина-шайба; 6 – отверстие в стене (после установки оттяжки заполнить раствором); 7 – обетонирование оттяжки после ее натяжения 3.3.3. Вывешивание фундаментов Для обеспечения безопасности работ по усилению и реконструкции фундаментов часть здания, участки стен или отдельные колонны укрепляют временными опорами, т.е. производят их вывешивание. Вывешивание выполняют с помощью продольных балок (рандбалок), врубаемых в стену или фундамент; разгрузочных поперечных балок; подкосных и подкосно-ригельных конструкций; рамных конструкций; систем стоечных конструкций; вывешиванием на сваях и шпренгельным вывешиванием. 243 Число креплений и опор при вывешивании и их тип зависят от конструкции усиливаемого или реконструируемого сооружения, прочности отдельных частей сооружения, конструктивного решения усиления, а также методов производства работ. Рисунок 3.143. Вывешивание фундамента с помощью рандбалки: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – подкладка; 3 – рандбалка; 4 – приямок; 5 – шпальная клетка; 6 – усиленный фундамент Рисунок 3.144. Вывешивание кирпичных колонн на балках при замене столбчатых фундаментов: 1 – кирпичная колонна; 2 – металлические балки; 3 – заменяемый столбчатый фундамент; 4 – подкладки из досок; 5 – металлические подкладки; 6 – стяжные болты; 7 – штрабы в колонне 244 а) б) Рисунок 3.145. Вывешивание ленточных фундаментов с помощью подкосных креплений: а – двухсторонние; б – односторонние; 1 – усиливаемый фундамент; 2 – подкосы; 3 – клинья; 4 – упорные подушки; 5 – приямок; 6 – металлические стяжки; 7 – горизонтальный металлический брус Рисунок 3.146. Схема разгрузки ленточного фундамента с помощью временных опор: 1 – стена; 2 – старый фундамент; 3 – стойки; 4 – перекрытие 245 Рисунок 3.147. Схема разгрузки фундамента с помощью временных опор из свай: 1 – свая; 2 – ростверк; 3 – старый фундамент; 4 – новый фундамент; 5 – колонна; 6 – гидродомкраты Рисунок 3.148. Схема разгрузки фундамента путем вывешивания колонн: 1 – старый фундамент; 2, 3 – элементы шпренгельной системы; 4 – вывешиваемая колонна 246 Рисунок 3.149. Вывешивание колонн с помощью шпренгельной системы для замены столбчатого фундамента: 1 – заменяемый фундамент; 2 – железобетонная или металлическая обойма; 3 – металлические подкосы; 4 – железобетонная колонна; 5 – стальная затяжка; 6 – стягивающая муфта; 7 – подкладки; 8 – шпунтовое ограждение; 9 – пазух, заполняемый грунтом после устройства нового фундамента Рисунок 3.150. Вывешивание колонны здания с помощью рычажной установки для замены фундамента: 1 – вывешиваемая металлическая колонна; 2 – заменяемый фундамент; 3 – составная балка-рычаг для вывешивания; 4 – набивные сваи (две); 5 – гидравлические домкраты (два); 6 – упорные металлические балки, приваренные к колонне; 7 – груз из сборных элементов; 8 – анкерные болты; 9 – металлические подкладки; 10 – опора из сборных элементов 247 Рисунок 3.151. Вывешивание колонны с помощью приспособления «ножницы» для замены столбчатого фундамента: 1 – заменяемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 – элементы шпренгеля для вывешивания первой очереди колонн; 4 – то же второй очереди; 5 – фермы покрытия; 6 – пазух, заполняемый грунтом после устройства фундамента 3.4. Усиление свайных фундаментов Выбор способа усиления свайного фундамента зависит от того, какие элементы свайного фундамента подлежат усилению, а именно: ростверк, стволы свай, фундамент или грунт около свай. Способ усиления ростверков выбирают в зависимости от характера повреждения и вызвавших его причин. При коррозии наружного слоя бетона ростверков, а также для исправления и предохранения от дальнейшего разрушения выветрившейся и трещиноватой их поверхности следует применять торкретирование путем нанесения на поверхность конструкции под давлением цементного раствора. Перед торкретированием поверхность ростверка должна быть тщательно очищена стальными щетками или пескоструйным аппаратом, продута сжатым воздухом и промыта водой под давлением. Торкретирование рекомендуется выполнять по металлической сетке с ячейками размером 5–10 см при диаметре проволоки около 5 см. Сетку привязывают вязальной проволокой к анкерам диаметром 8–10 мм, заделанным в ростверке на 15–25 см. Расстояние между анкерами принимают 50–80 см. Торкрет наносят под давлением 0,4– 248 0,6 МПа толщиной 20–40 мм в 2–3 слоя полосами 1–1,65 м сверху вниз. Каждый последующий слой наносят после схватывания предыдущего. При серьезных повреждениях железобетонных ростверков любых типов (плит, подколонников, лент, насадок), осуществляют более крупные ремонтные работы. Пустоты и трещины в бетоне заделывают нагнетанием цементного раствора под давлением. Для этого в ростверке перфоратором бурят вертикальные или наклонные шпуры диаметром 40–80 мм, располагая их в таком порядке, чтобы максимально охватить разрушенный массив. Рекомендуемое расстояние между шпурами 0,8–1,5 м, длина наклонных шпуров не должна быть более 0,4 толщины массива при бурении с обеих сторон массива и не более 0,75 – при бурении с одной стороны. Общее число и расположение шпуров устанавливают в зависимости от степени разрушения ростверка, а также от расположения рабочей арматуры, поскольку шпуры должны буриться между стержнями арматуры. После окончания бурения шпуров через инъекционные трубки промывают бетон под давлением 0,2–0,4 МПа. Для цементации обычно применяют водоцементный раствор состава от 1:10 до 1:1 (отношение цемента к воде по массе). В начале нагнетания применяют более жидкий раствор от 1:10 до 1:4 при давлении 0,5–1,1 МПа. При малых поглощениях раствора его состав не изменяют, но увеличивают давление до 1,1 МПа. При недостаточной прочности бетона и значительном разрушении ростверков их усиливают обоймами. Обойму обычно выполняют на всю высоту ростверка по его периметру. Обоймы выполняют по такой же технологи, что и у фундаментов мелкого заложения. 249 Рисунок 3.152. Усиление ростверка железобетонной обоймой: 1 – свая; 2 – опалубка; 3 – бадья; 4 – усиливаемый ростверк; свежеуложенный бетон обоймы УСИЛЕНИЕ ЛЕНТОЧНЫХ РОСТВЕРКОВ ПОД СТЕНУ Рисунок 3.153. Наращивание ростверка сверху: 1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – кирпичная (бетонная) стена, возводимая после усиления ростверка; 4 – железобетонное наращивание ростверка; 5 – вертикальные арматурные каркасы наращивания; 6 – соединительные стержни из арматуры ø10А-I через 1,0 м; 7 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) 250 Рисунок 3.154. Наращивание ростверка снизу: 1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – кирпичная (бетонная) стена, возводимая до усиления ростверка; 4 – железобетонное наращивание снизу; 5 – вертикальные арматурные каркасы наращивания; 6 – соединительные стержни ø10А-1, устанавливаемые на участках между сваями через 150 мм; 7 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка); 8 – вырубленный по периметру защитный слой бетона сваи Рисунок 3.155. Устройство железобетонной рубашки сверху ростверка: 1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – кирпичная (бетонная) стена, возводимая после усиления ростверка; 4 – железобетонная рубашка, устраиваемая сверху; 5 – вертикальные арматурные каркасы рубашки; 6 – соединительные стержни ø10А-1 через 150 мм; 7 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) 251 Рисунок 3.156. Устройство железобетонной рубашки снизу ростверка:1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – кирпичная (бетонная) стена, возводимая до усиления ростверка; 4 – железобетонная рубашка, устраиваемая снизу; 5 – вертикальные арматурные каркасы рубашки; 6 – соединительные стержни ø10А-1, устанавливаемые на участках между сваями через 150 мм; 7 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) Рисунок 3.157. Устройство железобетонной рубашки с боков ростверка: 1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – бетонная стена, возведенная до усиления ростверка; 4 – железобетонная рубашка, устраиваемая по бокам ростверка; 5 – арматурные П-образные каркасы; 6 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) 252 УСТРОЙСТВО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РУБАШКИ С БОКОВ РОСТВЕРКА Рисунок 3.158. Устройство железобетонной рубашки с боков ростверка:1 – железобетонная свая; 2 – железобетонный усиливаемый ростверк; 3 – бетонная стена, возведенная до усиления ростверка; 4 – железобетонная рубашка, устраиваемая по бокам ростверка; 5 – арматурные П-образные каркасы; 6 – пазы, вырубленные в кирпичной стене для устройства рубашки; 7 – поверхность ростверка, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка) Для свайных фундаментов с высоким ростверком усиление ствола сваи является наиболее доступным. В этом случае сваи с поперечными или продольными трещинами и частичным разрушением стволов следует усиливать железобетонными обоймами, толщина стенок которых должна быть не менее 100 мм. Обойма устраивается на всю высоту свободной части сваи с заглублением в грунт не менее чем на 1 м известен способ обуривания ствола скважинами малого диаметра. При этом способе вплотную к поверхности сваи пробуривают в грунте скважины диаметром 50– 80 мм с расчетом не мене одной скважины вдоль грани сваи. По скважинам нагнетается цементный раствор, который окружает сваю сплошной рубашкой, препятствующей дальнейшему разрушению материала ствола и повышающей прочность окружающего грунта. Усиление ствола сваи можно выполнять путем погружения забивной сваи или устройства буронабивной сваи вплотную к стволу. При устройстве буронабивной сваи у ствола бурят одну – две скважины, которые затем армируют и бетонируют. 253 При таком способе следует усиливать не все сваи подряд, а каждую вторую или даже третью. Иногда разрушенные стволы сваи усиливают забивкой конических свай. Рисунок 3.159. Усиление свай железобетонной обоймой: 1 – старая свая; 2 – свежеуложенный бетон обоймы; 3 – ростверк; 4 – опалубка УСИЛЕНИЕ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЯ СВАИ С РОСТВЕРКОМ Рисунок 3.160. Устройство железобетонной обоймы: 1 – железобетонная свая с разрушенной верхней частью; 2 – железобетонный ростверк; 3 – железобетонная обойма усиления; 4 – продольная арматура обоймы; 5 – поперечная арматура обоймы; 6 – поверхность сваи, подготовленная к бетонированию (зачистка и насечка поверхности) 254 Рисунок 3.161. Устройство металлических обойм: 1 – железобетонная свая с разрушенной верхней частью; 2 – железобетонный ростверк; 3 – металлическая обойма усиления; 4 – продольные уголки обоймы, устанавливаемые на ростверке; 5 – поперечные планки обоймы, привариваемые к уголкам в нагретом состоянии; 6 – защитный слой бетона или плотной цементно-песчаной штукатурки Рисунок 3.162. Усиление свай простой бетонной рубашкой: 1 – старая свая; 2 – скважина; 3 – свежеуложенный бетон усиления 255 Рисунок 3.163. Устройство железобетонной рубашки: 1 – железобетонная свая, смещенная с проектного положения; 2 – железобетонный ростверк; 3 – железобетонная рубашка усиления; 4 – продольная арматура рубашки; 5 – поперечная арматура рубашки; 6 – поверхность сваи, подготовленная к бетонированию рубашки усиления (зачистка и насечка поверхности) Рисунок 3.164. Устройство железобетонного наращивания сваи: 1 – железобетонная (единичная) свая, не имеющая контакта с ростверком; 2 – железобетонный ростверк; 3 – железобетонное наращивание сваи; 4 – поперечные арматурные сетки; 5 – поверхности сваи и ростверка, подготовленные к бетонированию (зачистка и насечка поверхности) 256 Рисунок 3.165. Усиление свай бетонированием скважин: 1 – старя свая; 2 – свежеуложенный бетон усиления Рисунок 3.166. Усиление свай коническими сваями: 1 – старя свая; 2 – свежеуложенный бетон обоймы; 3 – коническая свая Рисунок 3.167. Подведение опорных столиков из прокатного металла: 1 – железобетонная свая, смещенная с проектного положения; 2 – железобетонный ростверк; 3 – опорный столик из двутавра; 4 – опора столика из швеллеров, установленных на растворе в вырубленные борозды; 5 – стяжные болты; 6 – борозды, вырубленные в защитном слое бетона сваи, для установки опор столиков 257 Рисунок 3.168. Подведение опорных стоек из прокатного металла: 1 – железобетонная свая, смещенная с проектного положения; 2 – железобетонный ростверк; 3 – опорная стойка из швеллера; 4 – опорный лист столика; 5 – боковые листы столика; 6 – стяжные болты; 7 – анкерные уголки-шайбы; 8 – подготовленная зона контакта на цементно-песчаном растворе (на свае – насечка, на швеллере – набрызг металла сваркой); 9 – защитный слой бетона УСИЛЕНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА Осуществляется при значительном разрушении фундамента, при большом увеличении нагрузки на фундамент, а также в связи с недостаточной несущей способностью грунта, на который опирается свайный фундамент. При исчерпании несущей способности основания под сваями применяют методы закрепления и повышения прочности грунтов. Грунт вокруг стволов и под остриями свай может быть упрочнен цементацией, силикатизацией, смолизацией или обжигом. На рис. 3.169 показано усиление свай-колонн каркасного одноэтажного здания путем нагнетания карбомидной смолы в околосвайный грунт, представленный суглинками мягко – и текучепластичной консистенции. Укрепление грунта производилось для каждой сваи через наклонные погружные инъекторы с нагнетанием смолы поочередно с двух сторон заходками снизу вверх. 258 Рисунок 3.169. Усиление свай-колонн: а – схема свайного фундамента; б – усиление сваи; 1 – старая свая; 2 – инъекторы; 3 – смола Наиболее часто применяется усиление свайных фундаментов погружением дополнительных свай вне контура фундамента. Нагрузка на выносные сваи может передаваться с помощью упорных горизонтальных блоков, пропускаемых сквозь ростверк или стену. Поперечные и продольные балки, передающие нагрузку на выносные сваи, объединяют с ростверком. Во избежание значительных осадок после передачи нагрузок от здания на выносные сваи, последние предварительно обжимают гидравлическим домкратом. Домкраты устанавливают на головы свай или обвязку по сваям и упирают в поперечные балки. Работы ведут участками одновременно с обеих сторон фундамента. 259 Рисунок 3.170. Усиление свайного фундамента дополнительными сваями: 1 – старые сваи; 2 – ростверк; 3 – стена; 4 – грунт основания; 5 – прочный грунт; 6 – дополнительные сваи; 7 – поперечная балка; 8 – продольная балка; 9 – свежеуложенный бетон Усиление свайных фундаментов выполняют и с помощью набивных свай, применение которых более эффективно в условиях реконструкции, так как при их устройстве не возникают динамические нагрузки. Работы по устройству набивных свай можно производить из подвальных помещений. Усиление свайных фундаментов может быть выполнено набивными сваями в стальной оболочке. Оболочка свай состоит из звеньев стальной трубы длиной 2–3 м. Оболочка погружается в грунт вдавливанием домкратами и с помощью станка ударно-канатного бурения УКС-22. По мере погружения оболочки звенья наваривают. После погружения оболочки на проектную отметку ее полость заполняют бетонной смесью. В Днепропетровске усиление свайных фундаментов трехпролетного промышленного здания, в основании которого залегают лессы и лессовидные суглинки мощностью 20–25 м, было выполнено из виброштампованных свай диаметром 500 мм длиной 8– 10 м Число свай в кусте 10–19. Ростверки монолитные железобетонные. В связи с тем, что усиление фундаментов осуществлялось 260 в условиях действующего цеха, где находилось сложное и точное оборудование, погружение было выполнено вдавливанием металлических свай. Установка для вдавливания свай позволяла бурить лидирующие скважины до уровня подземных вод и вдавливание трубчатых свай диаметром 325 мм. Вдавливание осуществлялось секциями длиной 6 м. Секции наращивались с помощью электросварки по мере погружения свай. Всего было задавлено 920 свай длиной 18–20 м. В верхнюю часть свай устанавливали арматурные каркасы длиной 2 м, полости свай заполняли бетонной смесью и бетонировали железобетонный ростверк в виде обоймы. Рисунок 3.171. Установка для вдавливания свай: 1 – станок УКС-22; 2 – погружаемая свая в стальной оболочке; 3 – старая свая; 4 – слабый грунт; 5 – просадочный грунт 3.5. Новая технология реконструкции подземных сооружений В настоящее время разработана новая технология ремонта железобетонных стен подземных и заглубленных сооружении при наличии фильтрации подземных вод с напором до 0,2 МПа. Технология основана на использовании явления электрофореза. В местах, где обнаружены очаги фильтрации, устанавливают герметическую камеру, подают внутрь ее свежий воздух, 261 оттесняя при этом подземную воду от места производства работ. Затем камеру заполняют закрепляющей суспензией и создают электрическое поле, под действием которого мельчайшие частицы суспензии заполняют трещины в бетоне. Ликвидируется очаг фильтрации. Рисунок 3.172. Герметическая камера: 1 – железобетонная стена; 2 – арматурный каркас; 3 – шпильки для посадки камеры; 4 – камера; 5 – уплотнительная манжета; 6 – сливной патрубок; 7 – диэлектрические шайбы 262 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА 4.1. Расчет ленточного фундамента в открытом котловане Исходные данные: Место строительства – г. Новосибирск. Таблица 4.1 Наименование города г. Новосибирск Температура наружного воздуха, оС, средняя по месяцам 1 2 3 4 11 12 –19,0 –17,2 –10,7 –0,1 –9,7 –16,9 Значения физико-механических грунтов приведены в табл. 4.2. Таблица 4.2 Значение физико-механических характеристик Наименование вида грунта 1 Мощность слоя, м 2 ρs, кг/м3 ρ, кг/м3 ρd, кг/м3 W, д.е. WL, д.е. 3 4 5 6 7 I. Супесь лессовидная просадочная 5,08 2700 1600 1396,16 0,146 0,23 II. Суглинок лессовидный непросадочный 2,05 2700 1700 1547,83 0,150 0,3 – 2600 1800 1551,72 0,160 – III. Песок крупный 263 Продолжение табл. 4.2 Наименование вида грунта 1 I. Супесь лессовидная просадочная II. Суглинок лессовидный непросадочный III. Песок крупный Wр, д.е. Ip IL e Sr CII, МПа II, град. Е, МПа 8 9 10 11 12 13 14 15 0,162 0,068 –0,18 0,81 0,487 0,004 18 9 0,2 0,1 –0,5 0,65 0,623 0,012 23 12 – – – 0,63 0,66 30 22 0,001 Примечания. 1. Значения сII, II и Е приведены по результатам испытаний лессовидных супесей в водонасыщенном состоянии. 2. Подземные воды отсутствуют. 3. Величина относительной просадочности и начального просадочного давления составляют: SL = 0,05 МПа и РSL = = 0,07 МПа. Здание кирпичное с подвалом; tºвн = 20 ºС. Величины нагрузок на один погонный метр: Nн = 1140 кН; Мн = 57 кН м; Qн = 32 кН. Схема действующих нагрузок представлена на рис. 4.1 264 Рисунок 4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА Глубина заложения ленточного фундамента определяется аналогично, как для фундамента на естественном основании. Определяем нормативную глубину сезонного промерзания грунта: d fn d0 Mt . (4.1) Для г. Новосибирска M t = 73,6; d 0 для супесей равно 0,28 м. d fn 0,28 73,6 2,4 м . Расчетная глубина сезонного промерзания грунта: df kh d fn , (4.2) где dfn – нормативное глубина промерзания; kh 0,4 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения [5, табл. 1]. d f 0, 4 2, 4 0,96 м. 265 Расчетная глубина сезонного промерзания составляет 0,96 м. Конструктивно принимаем глубину заложения фундамента d = 2,5 м. Назначаем глубину заложения подошвы фундамента из условия: d d fn , d d kоз , где dk оз – глубина заложения фундамента, принимаемая исходя из конструктивных особенностей здания Принимаем глубину заложения фундамента d = 2,5 м. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА Определяем размеры подошвы фундамента по выбранному условному расчетному сопротивлению грунта основания R0: NН A R0 d mt , (4.3) где NН – нормативная нагрузка, кН; R0 = 311,5 кПа – принимаем из [5, прил. 3, табл. 4]; mt – осреднѐнное значение удельного веса материала фундамента и грунта, лежащего на уступах. R0 = 311,5 кПа; NН = 1140 кН. mt = 20 кПа; d = 2,5 м; 1140 311,5 20 2,5 A 4,36 м 2 . Ширину подошвы ленточного фундамента b принимаем 4,4 м (l = 1 м). Определяем величину расчетного сопротивления грунта основания: R (M q c1 c2 k 1) d b М kz b II M q d1 , II (4.4) , II M c cII , 266 где с1 и с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по [5, табл. 3]; с1 = 1,25, так как грунты маловлажные и с2 = 1, так как здание с гибкой конструктивной схемой; k – коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями; М , Мq, Mc – коэффициенты, принимаемые по [5, табл. 4]; М = 0,43, Мq = 2,73, Mc = 5,31; kz – коэффициент, при b < 10 м kz = 1; b – ширина подошвы фундамента, м; II – значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3); 'II – то же, залегающих выше подошвы; сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2); d1 – глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле: (4.5) d h h / ' , 1 s cf cf где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, hs = 0,4 м; hcf – толщина конструкции пола подвала, hcf = 0,1 м; cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, принимается равным 24 кН/м3 (тс/м3); db – глубина подвала: расстояние от уровня планировки до пола подвала, db = 2 м. Определим приведенную глубину заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала по формуле (4.5): 0,1 24 d1 0, 4 0,54 м . 17,36 Рассчитываем осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше и ниже подошвы фундамента: 267 1сл , II II h1 2 сл 3сл h2 h1 h2 h3 h3 16 5,08 17,8 2,05 18 9,5 17,36 кН/м3 . 5,08 2,05 9,5 Тогда по формуле (4.4): 1, 25 1 R 0, 43 1 4, 4 17,36 2,73 0,54 17,36 1 (2,73 1) 2 17,36 5,31 4 174,69 кПа. Уточняем размеры ленточного фундамента по полученному значению R по формуле (4.3): 1140 A 9,14 м 2 . 174,69 20 2,5 Ленточные фундаменты на естественных основаниях не подходят, так как ленты фундаментов перехлестнутся. Для уменьшения размера ленточного фундамента в плане необходимо уплотнение верхнего слоя просадочного грунта толщиной 2 м с применением тяжелых трамбовок по всей площади здания. Уплотнение тяжелыми трамбовками рекомендуется при 3 Sr 0,7 и плотности сухого грунта d 1,55 т/м и наиболее эффективна, когда влажность грунта близка к оптимальной. Wopt WP (0,01 0,03) 0,152 0,132 . Естественная влажность лессовидной супеси W = 0,146, т.е. она близка к оптимальной, и уплотнение возможно при естественной влажности. Характеристики утрамбованного слоя: 3 = 1,94 т/м ; 3 d = 1,7 т/м ; с = 0,015 МПа; 300 ; II Е = 28 МПа. Рассчитываем площадь фундамента с учетом трамбовки грунта по формуле (4.3), где R0 = 250 кПа [5, прил. 3, табл. 4]: 268 A1 1140 250 20 2,5 5,7 м 2 . Определяем величину расчетного сопротивления грунта основания в первом приближении R1 по формуле (4.4), где М 1,15 , М q 5,59 , М c 7,95 , II 19, 4 2 16 3,08 17,8 2,05 18 9,5 15,37 кН; 2 3,08 2,05 9,5 R1 1, 25 1 1,15 1 5,7 15,37 5,59 0,52 15,37 1 5,59 1 2 15,37 7,95 15 511,08 кПа. Ri Проверка условия Ri Ri 1 5% , (4.6) 1 511,08 250 100 % 104 % 5 % – не выполняется. 250 Рассчитываем площадь фундамента во втором приближении A2 R2 1140 511,08 20 2,5 440,38 кПа. 2,5 м 2 Проверка условия по формуле (4.6) 511,08 440,38 100 % 13 % 5 % не выполняется. 511,08 Рассчитываем площадь в третьем приближении: 1140 A3 3 м2 ; 440,38 20 2,5 R3 451,43 кПа . Проверка условия по формуле (4.6) 451, 43 440,38 100 % 2,5 % 5 % – выполняется. 440,38 Следовательно, фактическая площадь фундамента равна 3 м2. Принимаем ширину ленточного фундамента b = 3 м. Высота подушки фундамента hn = 0,3 м. 269 ПРОВЕРКА ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА Определяем давление под подошвой ленточного фундамента с учетом действия внецентренной нагрузки: NН 6e Pmax 1 , (4.7) A l min где e – величина эксцентриситета, определяемая по формуле: MН e здесь МН MН NН , (4.8) QН hn , 57 32 0,3 0,058 м ; 1140 l – бóльшая сторона фундамента, м. 1140 6 0,058 Pmax (1 ) 424,08 кПа 1, 2 R 3 3 1, 2 451, 43 541,72 кПа; 1140 6 0,058 Pmin (1 ) 335,92 кПа 0; 3 3 1140 Pср 380 кПа < R = 451,43 кПа. 3 Проверки выполняются, следовательно, окончательно принимаем размер ленты b = 3 м. e РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА ПО ДЕФОРМАЦИЯМ Уточняем среднее значение давления по подошве фундамента с учетом принятых размеров по формуле: P Nн G1 G2 , A 270 (4.9) где G1 + G2 = mt d A 20 2,5 3 150 кН – вес фундамента и грунта на его уступках. 1140 150 430 кПа. 3 Проверка условия выполняется по формуле R P 15 20 % R 451, 43 430 100 % 4,8 % – условие выполняется. 451, 43 Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия (4.10) S Ssl Su , где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом, см; Ssl – просадка грунтов основания, см; Su = 10 см – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями [5, п. 2.51–2.55]. Определение осадки ленточного фундамента производим методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле: n zp ,i hi S , (4.11) Ei i 1 P где – безразмерный коэффициент, равный 0,8; zp ,i – среднее значение дополнительных вертикальных нормальных напряжений в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; hi, Еi – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; п – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания. 271 Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента zp,i по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле: (4.12) zp ,i ш P0 , где – коэффициент, принимаемый по [5, прил. 2, табл. 1] в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глуби2 z ны ; b P0 P 430 58, 2 371,8 кПа – дополнительное верzg ,0 тикальное давление на основание; 19, 4 3 58, 2 кПа – вертикальное напряжение zg ,0 II d от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента. Таблица 4.3 Расчет осадки ленточного фундамента № точек Z, 2∙z/b м 0,2∙ zg,i, кПа 1,000 371,800 58,2 11,64 zp,i, кПа zp.ср,i, Еi, кПа S 349,678 1,0 28000 0,999 кПа h 1 0 2 1 0,7 0,881 327,56 77,6 15,52 283,126 1,0 28000 0,809 3 2 1,3 0,642 283,7 90,2 18,04 221,593 0,5 9000 0,985 3 2,5 1,7 0,55 204,49 98,2 19,64 180,323 1,0 12000 1,202 4 3,5 2,3 0,42 156,16 120,5 24,1 140,726 1,0 12000 0,938 5 4,5 3 0,337 125,3 138,3 27,66 114,7 1,0 22000 0,417 6 5,5 3,7 0,280 104,1 157,2 31,44 96,482 1,0 22000 0,351 7 6,5 4,3 0,239 88,860 175,2 35,04 83,097 1,0 22000 0,302 8 7,5 0,208 77,334 193,2 38,64 73,059 1,0 22000 0,266 9 8,5 5,7 0,185 68,783 211,2 42,24 65,251 1,0 22000 0,237 10 9,5 6,3 0,166 61,719 229,2 45,84 58,744 1,0 22000 0,217 55,770 274,2 54,84 53,353 1,0 22000 0,194 12 11,5 7,7 0,137 50,937 292,2 58,44 – – – – 11 10,5 0 zg,i, кПа a 5 7 0,15 = 6,914 272 Осадка ленточного фундамента составляет S = 6,914 см 10 см. Просадка ленточного фундамента определяется по формуле: n S sl sl ,i hi sl ,i , (4.13) i 1 где – относительная просадочность i-го слоя; hi – толщина i-го слоя; ksl,i – коэффициент, определяемый по формуле: sl ,i k sl ,i P Psl ,i 0,5 1,5 , Po (4.14) здесь P – среднее давление под подошвой фундамента, кПа; P sl,i = 60 кПа – начальное просадочное давление грунта i-го слоя; P0 – давление, равное 100 кПа [5], 430 60 ksl ,i 0,5 1,5 6,05 ; 100 n – число слоев, на которое разбита зона просадки. Просадка Ssl = 12,1 см. Граница деформируемой зоны определяется: – уровнем подземных вод; Psl ; – zp zg – слоем непросадочного грунта. Таблица 4.4 Расчет просадки ленточного фундамента №т Z,м очек 1 2 3 3,1 0 1 2 2,5 δ = 2z/b 0,0 0,7 1,3 1,7 α 1,000 0,881 0,642 0,550 zp ,i , zg , i кПа , кПа + 371,80 327,56 238,696 204,490 58,20 77,60 97,00 98,20 273 zp ,i zg , i + , кПа 430,000 405,156 335,696 302,690 P, кПа ki – – – 319,19 – – – 1 sl – – – 0,05 Ssl = 0,05 0,5 6,05 = 1,151 15 см. По условию (4.10) 6,914 + 15 = 21,914 см > 10 см. Так как проверка не выполняется, необходимо полностью устранить просадочный слой. Уплотняем грунтовое основание тяжелыми трамбовками. После уплотнения просадка равна нулю (Ssl = 0). Определим диаметр трамбовки: d тр hупл k уп , (4.15) где hупл – высота уплотняемого слоя, м (hупл = 5,08 – 2,5 = 2,58 м); kупл – коэффициент уплотнения, принимаемый 1,8. 2,58 d тр 1, 43 м . 1,88 Диаметр трамбовки составляет 1,43 м. Рассчитаем ширину уплотняемой зоны по формуле: bупл b 0,5(b d тр ) , (4.16) где b – ширина фундамента, м, bупл 3 0,5(3 1, 43) 3,8 м . Ширина уплотняемой зоны составляет 3,8 м. Величина недобора грунта: d h 1, 2hупл 1 , (4.17) d , упл h 1, 2 2,58 1 1,396 1,7 0,55 м. Недобор грунта составляет 0,55 м. На основании проведенных расчетов и проверок получим ленточный фундамент с шириной подошвы b = 3 м. Выполним расчет осадки после устранения просадочного слоя в виде табл. 4.5. 274 Таблица 4.5 Расчет осадки ленточного фундамента № точек 1 2 3 3,1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Z, 2∙z/b м 0 1 2 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 0,0 0,7 1,3 1,7 2,3 3 3,7 4,3 5,0 5,7 6,3 7,0 7,7 a zp,i, кПа zg.i, кПа 1,000 371,800 58,2 0,881 327,56 77,6 0,642 283,7 90,2 0,550 204,490 98,2 0,420 156,16 120,5 0,337 125,3 138,3 0,280 104,1 157,2 0,239 88,860 175,2 0,208 77,334 193,2 0,185 68,783 211,2 0,166 61,719 229,2 0,150 55,770 274,2 0,137 50,937 292,2 0,2∙ zg.i, кПа 11,64 15,52 19,40 19,64 24,1 27,66 31,44 35,04 38,64 42,24 45,84 54,84 58,44 zp.ср,i, кПа 349,678 283,126 221,593 180,323 140,726 114,7 96,482 83,097 73,059 65,251 58,744 53,353 – h Е i, кПа S 1,0 1,0 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 – 28000 28000 28000 12000 12000 22000 22000 22000 22000 22000 22000 22000 – 0,999 0,809 0,317 1,202 0,938 0,417 0,351 0,302 0,266 0,237 0,217 0,194 – = 6,246 По (4.10) S = 6,246 cм < 10 см – проверка условия выполняется. 275 N=1140кН zg,0 P0 P zp zg В.С . Рисунок 4.2. Осадка ленточного фундамента 4.2. Расчет осадки фундамента с учетом влияния соседнего Рассчитать осадку фундамента Ф-1 здания с учетом влияния нагрузки от фундамента Ф-2. Исходные данные приведены в табл. 4.6. 276 Таблица 4.6 Значение физико-механических свойств грунтов Наименование Мощность вида грунта слоя, м Песок 5,91 пылеватый Песок 6,01 мелкий , кН/м3 , кН/м3 W, д.е. e c II , кПа , град Е, МПа 26,6 17,8 0,14 0,66 4 30 18 26,6 19,19 0,21 0,65 2 32 28 S II Примечания. 1. Прочностные деформационные характеристики приняты по [5, прил. 1, табл. 1]. 2. Уровень подземных вод находится на глубине 6,75 м. Суммарная нагрузка на основание от каждого фундамента 2700 кН. Глубина заложения фундамента d = 1,95 м. Размеры фундамента в плане 3×3 м приняты, исходя из условия, чтобы среднее давление по подошве фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта основания R. В данном случае получено: N н 2700 P 300 кН/м. А 9 По [5, табл. 3] находим с1 и с 2 : с1 = 1,25; = 1 (гибкая конструктивная схема). По [5, табл. 4] находим М 1,15 ; М q с2 5,59 ; М c 7,95 при = 30 град. Поскольку характеристики грунта приняты по таблицам [5], k = 1,1. R R c1 c 2 k M kzb II 1, 25 1 M q d1 II M c cII , 1,15 1 3 17,8 5,59 1,95 17,8 7,95 4 1 359 кПа, 277 P R P0 300 кПа < 359 кПа условие выполняется. Дополнительное давление на основание P zg ,0 P 300 17,8 1,95 265,3 кПа . Значение zp , nf с учетом влияния соседнего фундамента по оси фундамента Ф-1 получаем суммированием напряжений zp ,1 от давления Р0 под самим фундаментом и дополнительного напряжения zp ,2 от влияния соседнего фундамента Ф-2. zp , nf zp ,1 Дополнительное напряжение . (4.18) zp ,2 от влияния фундамента zp ,2 Ф-2 определим методом угловых точек по [5, прил. 2, формула (4)]. Метод угловых точек для определения сжимающих напряжений zp применяют в тех случаях, когда грузовая площадь может быть разбита на такие прямоугольники, чтобы рассматриваемая точка оказалась угловой. Тогда сжимающее напряжение в этой точке (для горизонтальных площадок, параллельных плоской границе полупространства) будет равно алгебраической сумме напряжений от прямоугольных площадей загрузки, для которых эта точка является угловой. Дополнительное напряжение zp ,2 от влияния фундамента Ф-2 определяем как алгебраическую сумму напряжений на рассматриваемой глубине в угловой точке М четырех загруженных площадей фиктивных фундаментов: MLAT и MNDL c положительным давлением P0 и MKBT и MNCK – с отрицательным (рис. 4.3). 278 Рисунок 4.3 Соотношения сторон этих прямоугольных фундаментов равны: l – для EFGH (Ф-1) – для MLAT и MNDL 7,5 – для MKBT и MNCK 4,5 1 ; b 1,5 1,5 279 5; 3. –0,150 P0 –1,950 P zp zg Рисунок 4.4 Разобьем hi основание слои толщиной h 0,6 м 0, 4b . 2 h При этом вертикали) и на 1 h b1 z b 2z 2 0,6 b 0,6 b1 1,5 3 0,4 (для центральной 0, 4 (для угловой вертикали). 280 Коэффициент затухания напряжений i по вертикали, проходящей через точку М, принимается по [5, прил. 2, табл. 1] и относится к прямоугольникам: 1 – EFGH (Ф-1); 2 – MLAT и MNDL; 3 – MKBT и MNCK; 4 – ABCD (Ф-2). Коэффициент 4 определяем с учетом [5, прил. 2, табл. 1, формулы (3) и (4)]. Он учитывает влияние нагрузки от фундамента Ф-2. 2( 1 )( 2 0,5( 2 (4.19) 4 3) 3) . 4 Коэффициент принимаем в соответствии с [5, прил. 2, формула (5)]: (4.20) 1 4. Напряжения от внешней нагрузки (нагрузки на фундаменты Ф-1 и Ф-2) zp,1, zp,2, zp,nf вычисляем по [5, прил. 2, формулы (2), (4), (5)], напряжения от собственного веса грунта zp,i – по [5, прил. 2, формула (6)]. zp ,1 (Ф-1) 1 P0 ; zp ,2 (Ф-2) 4 P0 ; (4.21) P0 ; zp , nf n zg ,i h ; zg ,0 i i i 1 l II zg ,0 dn zg ,0 dn , d 17,8 1,95 34,71 кПа . Уровень подземных вод находится на глубине 6,75 м. Удельный вес мелкого песка с учетом взвешивающего действия воды: s sb 1 е w 26,6 10 10 кН/м3 . 1 0,66 281 282 Как видно из табл. 4.7, условие глубине z = 6,0 м, а условие zp , nf 0, 2 zp ,1 0, 2 zg zg выполняется на – на глубине z = 6,6 м. Определяем осадку фундамента Ф-1 по [5, прил. 2, формула (1)]: n S i 1 zp Ei hi . Без учета влияния Ф-2: S 260 0,6 233, 47 1, 2 186,3 1,8 139,74 2, 4 104,13 3 18000 18000 18000 18000 18000 78,66 3,6 64,73 3,96 57,3 4, 2 47,86 4,8 38,6 5, 4 18000 18000 28000 28000 28000 31,7 6,0 6,1см. 28000 0,8 С учетом влияния Ф-2: S 260 0,6 233,67 1, 2 187,105 1,8 141, 27 2, 4 18000 18000 18000 18000 106,38 3 81,84 3,6 68,71 3,96 52,86 4, 2 18000 18000 18000 28000 44,035 4,8 37, 4 5, 4 32, 235 6,0 61,75 6,6 6,33 см. 28000 28000 28000 28000 S1 6,1см Su 8 см; 0,8 S2 6,33 см Su 8 см. Условия выполняются. 4.3. Расчет основных параметров закрепления грунтов В основу расчета параметров инъекции при силикатизации и смолизации положен объем закрепляемого грунтового массива от 283 единичной инъекции в форме условного цилиндра радиусом r и высотой ls равной объему действительного закрепленного массива, в форме близкой к эллипсоиду вращения (4.5а). Радиус цилиндра условно называется радиусом закрепления, а его высота представляет собой величину перемещения действующей части инъектора вдоль оси от одной единичной инъекции. Расчет параметров позволяет получить сплошной закрепленный массив (4.5б). а) б) Рисунок 4.5. Расчетная схема инъекционного химического закрепления грунтов: а – для одиночной заходки; б – для сплошного массива; 1 – инъектор; 2 – зона закрепления; 3 – перфорированная часть инъектора 284 0.25r 1 2 A A ls l r A- A 3 r Рисунок 4.6. Расчетная схема инъекционного химического закрепления грунтов для одиночной заходки: 1 – инъектор; 2 – зона закрепления; 3 – перфорированная часть инъектора; l – длина перфорируемой (действующей) части инъектора (скважины); ls – заходка (для непрерывного закрепления грунтов одним инъектором или через инъекционную скважину по глубине закрепляющие реагенты нагнетают последовательно заходками); r – расчетный радиус закрепления от одиночной инъекции 285 lp=1.5r 1,75r 1.73r Рисунок 4.7. Размещение инъектора в плане для сплошного массива Расчетный радиус закрепления при силикатизации и смолизации грунта зависит от водопроницаемости грунтов и определяется по табл. 4.8. При создании сплошного закрепленного массива инъекторы или скважины располагаются в плане рядами в шахматном порядке. Расстояния между рядами инъекторов и инъекционных скважин вычисляются по формуле: l p 1,5 r , (4.22) а расстояние между ними в ряду по формуле: l pi 1,73 r (см. рис. 4.7). Величина заходки определяется по выражению: ls l k r , (4.23) (4.24) где l – длина перфорированной части инъектора, м; k – коэффициент, принимаемый для лессовидных грунтов 0,5. Объем закрепленного грунта от одиночной инъекции за одну заходку, м3: 286 V 'st r 2 ls . (4.25) Объем закрепляющих растворов, с рабочими концентрациями в общем случае находится по зависимости: (4.26) Vsol 100 Vst n a , где Vst – общий объем закрепляемого грунта; n – пористость грунта, доли единиц; а – коэффициент, принимаемый: при двухрастворной силикатизации для каждого раствора 0,5; при однорастворной силикатизации: песков – 1,2; лессовидных просадочных грунтов – 0,7; при смолизации песчаных грунтов – 1,0; при газовой силикатизации: песчаных грунтов – 0,7; плывунов и просадочных лессовидных грунтов – 0,8. Объем раствора крепителя с рабочей концентрацией на одиночную инъекцию при однорастворном закреплении песчаных грунтов определяется по формуле V 'sol , (4.27) Vsol (1 ) где Vsol – объем гелеобразующей смеси на одиночную инъекцию; – объемное отношение отвердителя к крепителю для данной рецептуры. Объем отвердителя рабочей концентрации находится как разность объемов гелеобразующей смеси и крепителя. Количество исходного раствора химических реагентов, необходимое для 287 приготовления заданного объема раствора рабочей консистенции, для всех способов определяется по выражению: Qsol где ( 'sol ( sol w ) Vsol , w) (4.28) 3 sol – плотность исходного раствора, г/см ; 'sol – плотность раствора рабочей концентрации, г/см3; w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3. Количество воды, добавляемой к раствору исходной концентрации при приготовлении раствора рабочей концентрации, находится как разность объемов этих растворов. При газовой силикатизации количество углекислого газа для предварительной активации грунтов А и для отвердения силикатного раствора в порах грунта В, рассчитывается по формулам, кг: А Vst n c g ; (4.29) B Vst n b g , где g – плотность углекислого газа, кг/м3; с – коэффициент, равный 2,5; b – коэффициент, принимаемый: для песчаных грунтов 8; для плывунов 10, для просадочных грунтов 4. 288 Таблица 4.8 Величина радиуса химического закрепления грунтов Способ закрепления Вид грунтов Силикатизация двурастворная Пески разной крупности Силикатизация однорастворная двухкомпонентная Пески разной крупности Силикатизация газовая То же Силикатизации однорастворная однокомпонентная Лессовой и просадочный грунт Смолизация однорастворная двухкомпонентная Пески разной крупности Лессовой просадочный грунт Смолизация Коэффициент фильтрации, м/сут 5–10 10–20 20–50 50–80 0,5–1 1–2 2–5 0,5–1 1–5 5–20 0,2–0,3 0,3–0,5 0,5–2 0,5–1 1–5 5–10 10–20 20–50 0,1–0,3 0,3–0,5 0,5–1 1–2 Радиус закрепления грунта, м 0,3–0,4 0,4–0,6 0,6–0,8 0,8–1 0,4–0,6 0,6–0,8 0,8–1 0,3–0,5 0,5–0,8 0,8–1 0,4–0,7 0,7–0,8 0,8–1 0,3–0,5 0,5–0,65 0,65–0,85 0,85–0,95 0,95–1 0,3–0,4 0,4–0,5 0,6–0,9 0,9–1 Таблица 4.9 ГОСТы на химические материалы, применяемые для закрепления грунтов Реактив Силикат натрия Хлористый кальций Ортофосфорная кислота Кремнефтористоводородная кислота Углекислый газ Стандарт ГОСТ 13079-81 ГОСТ 450-77 ТУ 10678-76 ГОСТ 6552-80 ГОСТ 8050-76 289 Физическое состояние реактива Жидкость Комки Жидкость – Сжиженный газ Таблица 4.10 Физико-химические характеристики силиката натрия Показатели Внешний вид Содержание компонентов, %: кремнезема окиси железа и окиси алюминия не более окиси кальция не более серного ангидрида (в пересчете на серу) не более окиси натрия Силикатный модуль Плотность, г/см3 Значение показателей для силиката натрия содового содово-сульфатного Густая жидкость жел- Густая жидкость от того или серого цвета желтого до коричнебез механических вого цвета без мехавключений, видимых нических включений невооруженным гла- видимых невоорузом. женным глазом 31–33 28,5–29,5 0,25 0,2 0,4 0,25 0,06 10–12 2,65–3,4 1,36–1,5 0,4 10–11 2,65–3,4 1,43–1,5 Примечание. 1. Химические материалы, применяемые для закрепления грунтов способом силикатизации, должны удовлетворять требованиям действующих стандартов. 2. Силикат натрия (содовой или содовосульфатный) доставляется к месту работы в виде силикат-глыбы или раствора плотностью 1,4–1,5 г/см3. 290 291 Таблица 4.12 Технология газовой силикатизации для закрепления песчаных и лессовых просадочных грунтов № рец ептуры 1 2 Расход ПоследоваПлотРасход крепителя тельность ность отвердитеГрунт в долях от закачивания крепителя, кг на объема компонентов ля, г/см3 1 м3 грунта пор в грунт Углекислый газ (2–2,5 кг), силикат наПесок 1,19–1,30 0,8 4,0–6,5 трия, углекислый газ (3–4 кг) Углекислый газ (2–3 кг), Просадочный силикат на1,1–1,2 0,8 5,0–7,5 лессовидный трия, углекислый газ (3,0–4,5 кг) Примечание. Крепитель – силикат натрия, отвердитель – углекислый газ в баллонах. 292 293 Таблица 4.14 Физико-химические характеристики карбамидных смол Показатели Внешний вид Значение показателей для смол марки М-2 М-3 М (МРТУ 05- (МРТУ МФ-17 (МРТУ6-05(ВТУ 1г1101-67) 05-1101100-66) 151-70) 67) Сиропообразная жидкость одно- Одиночная вязкая тонная по цвету. Допускается мут- жидкость белого или ность в виде устойчивых кристал- светло-коричневого лов. цвета. Допускается мутность Плотность при 1,15–1,2 1,15–1,2 1,15–1,2 1,25–1,27 t = 20 ºC, г/см3 Вязкость при t = 20 ºC по 4–10 4–10 4–35 40–100 вискозиметру ВЗ-1 Концентрация водородных 7,2–9 7,2–9 7–9 7,5–8,5 ионов, рН Содержание свободного Не определяформальдеги2 0,5 3 ется да, %, не менее Растворимость Растворяется, Не опре- В соот- При смешивании в воде допускается деляется ношении воды и смолы раслегкий оса1:1 твор не должен коадок на дне гулировать. Примечание. Срок хранения смолы марок М, М-2, М-3 – не более 3 месяцев марки МФ-17 – не более 2 месяцев. 4.4. Проектирование грунтовых подушек При устройстве грунтовых подушек просадочный грунт в пределах всей или части деформируемой зоны заменяется местным грунтом (глинистым), укладываемым с заданной плотностью. Грунтовые подушки применяются при коэффициенте водонасыщения просадочных грунтов Sr > 0,7 и для создания в осно294 вании фундаментов уплотненного слоя большей толщины, чем при уплотнении тяжелыми трамбовками. В проекте грунтовых подушек должны быть указаны: 1) толщина и размеры в плане, м; 2) схема планировки котлована; 3) рекомендуемые виды грунтов; 4) значения оптимальной влажности грунтов; 5) требуемая плотность грунта; 6) толщина отсыпаемых слоев; 7) типы грунтоуплотняющих механизмов, ориентировочное количество их проходок для уплотнения грунтов до требуемой плотности; 8) условное расчетное сопротивление уплотненного грунта подушек. Размеры грунтовых подушек назначаются в зависимости от размеров фундаментов, их конфигурации, действующего давления на грунт, целевого назначения грунтовых подушек с учетом производства земляных работ и т.п. Толщина грунтовой подушки определяется из условия полного устранения просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны. При значительной толщине грунтовой подушки допускается выполнять ее только в пределах верхней части деформируемой зоны. При возведении подушек для создания сплошного водонепроницаемого экрана необходимо применять лессовидные глины и суглинки, так как они позволяют достичь наибольшей водонепроницаемости. Дренирующие материалы (песок, щебень, шлак и т.п.) для устройства грунтовых подушек допускается применять при соответствующем обосновании только на площадках с грунтовыми условиями I типа по просадочности. I тип – грунтовые условия, когда возможна просадка от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см Ssl,g 5см (Hsl 8 м); II тип – грунтовые условия, при которых помимо просадки от внешней нагрузки, возможна просадка от собственного веса более 5 см Ssl,g > 5 см (Hsl > 8 м) 295 Подушки следует устраивать из однородных грунтов оптимальной влажности. При уплотнении грунта трамбованием оптимальная влажность принимается по W0 = Wр – (0,01 0,03), где Wр – влажность на границе раскатывания, а укаткой – равной влажности на границе раскатывания. При влажности грунта ниже оптимальной более чем на 0,03 должно производиться доувлажнение его до оптимальной влажности. При устройстве грунтовых подушек с целью ликвидации просадочных свойств основания плотностью сухого грунта должна быть не менее 1,6 т/м3 и не менее величины, при которой просадка грунта исключается, а при устройстве подушек с целью создания сплошного водонепроницаемого экрана – не менее 1,7 т/м3. Рисунок 4.8. Схема уплотнения грунта при устройстве подушки: 1 – уплотняемая полоса; 2 – каток; 3 – направление уплотнения; 4 – перекрытие катком смежной уплотненной полосы; 5 – уплотняемые слои; 6 – уплотненный грунт 296 При частичном устранении просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны толщина грунтовой подушки определяется расчетом по деформациям, исходя из условия, чтобы суммарные осадки и просадки фундаментов зданий и сооружений не превышали предельно допустимых. Таблица 4.15 Технологические параметры послойного уплотнения грунтов различными грунтоуплотняющим механизмами Грунтоуплотняющий механизм Пневмокатки массой 25 т То же массой 40 т Груженые автомашины: БелАЗ КрАЗ МАЗ Тракторы Т-100, Т-140 Скреперы Трамбующие машины Д-471 Вибрационные катки массой до 2 т То же массой до 5 т Толщина уплотненного слоя, м, на грунтах песчаных, глинигравелистых стых 0,5 0,5 Число переходов по одному следу Сменная производительность, м2 10–12 530 0,6 0,7 10–12 530 0,6 0,5 0,4 0,7 0,5 0,4 10–12 10–12 10–12 300 200 200 0,3 0,25 0,2 0,2 8–10 6–8 250 200 1 1,2 3–5 300 0,7 0,3 3–4 100 1 04 3–4 100 297 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ГРУНТОВОЙ ПОДУШКИ Исходные данные: здание двухэтажное, каркасное, с сеткой колонн 3 6 м и 6 6 м и размером в плане 42 48 м. Фундаменты размером b = ℓ = 1,8 м; h = 1,2 м (d = 1,35 м). Нагрузки на них 320 и 460 кН. Здание проектируется на участке, сложенном просадочным лессовидным суглинком толщиной 6 м, относящимся к грунтовым условиям I типа по просадочности. Ниже залегают водонасыщенные непросадочные суглинки. Лессовидные суглинки имеют следующие характеристики: 3 d = 1,48 т/м ; W = 0,16 д.е.; psl = 100 кПа. РЕШЕНИЕ Определяем собственный вес наиболее нагруженного фундамента: G = b∙l∙h∙j = 1,8∙1,8∙1,2∙22 = 85,54 = 86 кН. Определяем среднее давление по подошве наиболее нагруженного фундамента: p = (NH + G)/A = (460 + 86)/3,24 = 168,5 = 169 кПа. Исходя из среднего давления по подошве фундамента, определяем необходимую толщину грунтовой подушки: hs = (p – psl)∙b/psl, (4.30) где р – среднее давление по подошве фундамента, кПа; psl – начальное просадочное давление грунта, залегающего ниже грунтовой подушки, кПа; b – ширина фундамента, м. hs = (169–100) ∙ 1,8/100 = 1,24 м. Определяем ширину грунтовой подушки понизу под отдельный фундамент: bs = b∙(1 + 2Kh), (4.31) где b – длина фундамента или здания, м; Kh – коэффициент, учитывающий характер распределения горизонтальных деформаций в основании фундаментов при просадке грунта, равный: 298 при р = 150–200 кПа Kh = 0,3, при р = 250–300 кПа Kh = 0,35, при р = 350–400 кПа Kh = 0,4; bs = 1,8 ∙ (1 + 2 ∙ 0,3) = 2,88 = 2,9 м, т.е. уширение грунтовой подушки в каждую сторону от наружной грани фундамента составит (2,9–1,8)/2 = 0,55 м. Учитывая частое расположение фундаментов, грунтовую подушку следует делать сплошной под все здание. Размеры ее равны: bs = 42 + 2∙0,55 + 1,8 = 44,9 м, ls = 48 + 2∙0,55 + 1,8 = 50,9 м. 4.5. Проектирование фундаментов в вытрамбованных котлованах 4.5.1. Расчет столбчатого фундамента Определить размеры фундамента в вытрамбованном котловане под наиболее нагруженную колонну промышленного здания. Здание возводится на участке, сложенном лессовидными суглинками и супесями, относящимися к условиям I типа по просадочности. Основные физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 4.16. Таблица 4.16 Глубина слоя от планировки, м 1 2 3 4 5 6 sl при p, кПа W, W l, W p, psl, , s, d, т/м3 т/м3 т/м3 д. е. д. е. д. е. кПа 2,68 2,68 2,68 2,68 2,68 2,68 1,39 1,42 1,45 1,45 1,45 1,51 1,6 1,61 1,65 1,68 1,75 1,81 0,15 0,13 0,14 0,16 0,20 0,20 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 299 0,17 0,17 0,17 0,17 0,20 0,20 80 80 115 120 140 140 100 200 300 0,014 0,012 0,007 0,006 0,006 0,004 0,038 0,028 0,02 0,013 0,014 0,012 0,062 0,042 0,035 0,028 0,017 0,010 Расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов, уплотненных d = 1,75 т/м3, в водонасыщенном состоянии по результатам испытаний составляют: с = 45 кПа, = 26, Е = 21 МПа. Модуль деформации грунта природного сложения в водонасыщенном состоянии Еsat = 3,5 МПа. Компрессионный модуль деформации грунта подстилающего слоя Ес = 2,5 МПа. Нагрузки от колонны в уровне верха фундамента составляют: вертикальная Nн = 500 кН; момент Mн = 190 кНм; горизонтальная Qн = 15 кН. Отметка верха фундамента –0,2 м, глубина заложения – не менее 1,2 м, принимаем dp = 1,4 м. Определяем предварительные размеры фундамента при глубине трамбования 1,4 м и напряжениях в среднем сечении: = 500 кПа; = R; A = Nн/ = 500/500 = 1 м2. Принимаем фундамент с размерами: среднего сечения – 1 1 м; поверху – 1,3 1,3 м; понизу – 0,7 0,7 м. Расчетное сопротивление грунта основания R1 определяем при с = 45 кПа и = 26º, причем, удельные веса II (для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента) и 'II (для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента) при коэффициенте водонасыщения (в случае замачивания) Sr = 0,8 определяются по формуле: II = d (1 + Wsat) = d (1 + Sr ( s + d) w/ ( d s)) = = 17,5 (1 + 0,8 (2,68 – 1,75) 1/(1,75 2,68)) = = 17,5 (1 + 0,8 0,93 1/4,69) = 17,5 (1 + 0,744 0,213) = 17,5 1,158 = 20,265 20,3 кН/м3. 300 'II = 14,05(1 + 0,8(2,68–1,405) 1/(1,405 2,68)) = = 14,05 (1 + 0,8 1,275 1/3,7654) = = 14,05 (1 + 1,02 0,2656) = 14,05 1,2709 = = 17,86 17,9 кН/м3, где 'd = (1,39 + 1,42)/2. R1 = 1,2 1/1(0,84 1 20,3 + 4,37 1,4 17,9 + 6,9 45) = = 1,2 (17,052 + 109,5122 + 310,5) = 1,2 437,0642 = = 524,477 525 кПа. fh Рисунок 4.9. Схема к расчету столбчатого фундамента в вытрамбованном котловане: 1 – столбчатый фундамент; 2 – граница уплотненной зоны Определяем расчетное сопротивление уплотненного грунта, исходя из недопустимости просадки подстилающего слоя грунта по формуле: 301 Rs = (psl – zg + zg,0)/ , (4.32) где Rs – расчетное сопротивление уплотненного или закрепленного грунта при условии недопущения просадки подстилающего слоя; zg, zg,0 – напряжения от собственного веса грунта соответственно на кровле подстилающего слоя и на отметке заложения фундамента; – коэффициент уменьшения дополнительного давления от фундамента на кровле неуплотненного или не закрепленного слоя, определяемый по таблице [5]. Для отдельно стоящих и ленточных фундаментов определяется по [5, прил. 2, табл. 1]. С учетом того, что расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта определяется для непросадочных грунтов согласно [5], а для просадочных – по вышеприведенной формуле с коэффициентом k, принимаемым равным при определении начального просадочного давления psl: по штамповым испытаниям k = 1,2; по компрессионным – k = 1,5. В нашем случае k = 1,5. Толщина уплотненного слоя hs под фундаментами в вытрамбованных котлованах без уширения основания приближенно принимается hs = 1,5 bm = 1,5 1 = 1,5 м. Коэффициент принимается в зависимости от отношений z/b0 y/b0, в которых z и y – координаты точек, расположенных по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку на подошве фундамента. b0 = bm = 1 м; z = 1,4 + 1,5 = 2,9 м; y = 1,5/2 = 0,75; z/b0 = 2,9/1 = 2,9; y/b0 = 0,75/1 = 0,75; = 0,188 (по интерполяции); Rs = R2 = ((k psl) – (d 'II + hs 302 II) + d 'II) / = = ((1,5 115) – 1,4 17,9 + 1,5 20,3) + 0,188 1,4 = = 17,9)/0,188 = (172,5 – (25,06 + 30,45) + 4,71)/0,188 = = (172,5 – 55,51 + 4,71)/0,188 = 121,7/0,188 = 647 кПа. За расчетное сопротивление грунта основания фундамента в вытрамбованном котловане принимается минимальное значение, получаемое из расчетных сопротивлений уплотненного грунта: R1, определяемого с использованием прочностных характеристик II и сII уплотненных грунтов в водонасыщенном состоянии и R2, определяемого исходя из давления на подстилающий уплотненную зону грунт природного сложения. При этом максимальная величина расчетного сопротивления грунта основания в вытрамбованном котловане не должна превышать при ширине фундамента на глубине 0,5dp: если bm если bm 0,8 м, то R1(2) = 0,5 МПа; 1,4 м, то R1(2) = 0,6 МПа. Для промежуточных значений bm от 0,8 до 1,4 м R1(2) определяется интерполяцией. В соответствии с этим, для нашего случая при bm = 1 R1(2) = 533 кПа. Таким образом, для bm = 1 м R должно быть не более 533 кПа. В нашем случае R = 525 кПа. Условие выполняется. Определяем момент сопротивления среднего сечения фундамента (сечение квадратное): W = a3/6 = 1/6 = 0,1666 = 0,167 м3 и собственный вес фундамента: G = 12 1,2 2,4 = 28,8 кН. Давление по среднему сечению фундамента с учетом его собственного веса равно: P = (500 + 28,8)/12 = 528,8 кПа. 303 Определяем реактивный отпор грунта по формуле: fh = a + b m, (4.33) где a = 60 кПа; b – коэффициент, равный 0,4; m – среднее вертикальное напряжение в сечении фундамента на глубине 0,5dp, кПа ( m = p). fh = 60 + 0,4 528,8 = 271,5 кПа. Определяем краевые напряжения по подошве фундамента: = (Nн + G)/Am ( M – 0,5fhbm h2ф)/W = = (500 + 28,8)/1 + ((190 + 15 1,2) – 0,5 271,5 1 1,22)/0,167 = 528,8 + (208 – 195,48)/0,167 = 528,8 74,97 = (528,8 75) кПа. = 528,8 + 75 = 603,8 кПа; max min = 528,8–75 = 453,8 кПа. max 1,2R1(2); min 0; 603,8 < 1,2 525 = 630 кПа; 453,8 > 0. Условия выполняются. max,min Определяем осадку фундамента для водонасыщения грунта. Все расчеты проводим при деформационных характеристиках, соответствующих водонасыщенному состоянию грунтов. Среднее давление по подошве фундамента p = 528,8 529 кПа. Природное давление на уровне подошвы фундамента 1 1,4 = 25,06 25 кПа. zg,0 = 17,9 Дополнительное p0 = p – zg,0 = 529 – 25 = 504 кПа. Результаты расчетов сводим в табл. 4.17 304 Таблица 4.17 № точек 1 2 3 4 5 6 7' 7 8 9 10' 10 11 12 13 zp 0,2 z; = м =2z/bm 0 0 0,3 0,6 0,6 1,2 0,9 1,8 1,2 2,4 1,5 3,0 1,6 3,2 1,8 3,6 2,1 4,2 2,4 4,8 2,6 5,2 2,7 5,4 3,0 6,0 3,3 6,6 3,6 7,2 0,2 zg; zg = 18 кПа = 1,000 0,880 0,606 0,393 0,257 0,181 0,160 0,131 0,100 0,077 0,067 0,062 0,051 0,043 0,036 p0, кПа 504 444 305 198 130 91 81 66 50 39 34 31 26 22 18 zp, кПа 474 375 252 164 111 86 74 58 45 37 33 29 24 20 zg, кПа 25 31 37 43 49 55 57 60 65 70 73 75 80 85 90 0,2 zg, кПа 5 6,2 7,4 8,6 9,8 11 11,4 12 13 14 14,6 15 16 17 18 zphi/Ei, см 0,54 0,43 0,29 0,19 0,13 0,03 0,47 0,56 0,43 0,24 0,11 0,28 0,23 0,19 4,12 zp. Возможная осадка фундамента в вытрамбованном котловане при замачивании грунтов может составить 4,12 см, что меньше предельно допустимой Su = 8 см. S = 4,12 см < 8 см. Напряжения от собственного веса грунта равны: в точке 1: zg,1 = zg,0 = 25 кПа; в точке 2: zg,2 = 20,3 0,3 + 25 = 31 кПа; в точке 3: zg,3 = 20,3 0,6 + 25 = 37 кПа; в точке 4: zg,4 = 20,3 0,9 + 25 = 43 кПа; в точке 5: zg,5 = 20,3 1,2 + 25 = 49 кПа; в точке 6: zg,6 = 20,3 1,5 + 25 = 55 кПа; в точке 7': zg,7' = 16,1 0,1 + 55 = 57 кПа; в точке 7: zg,7 = 16,5 0,2 + 57 = 60 кПа; в точке 8: zg,8 = 16,5 0,5 + 57 = 65 кПа; 305 в точке 9: zg,9 = 16,5 0,8 + 57 = 70 кПа; в точке 10': zg,10' = 16,5 1,0 + 57 = 73 кПа; в точке 10: zg,10 = 16,8 0,1 + 73 = 75 кПа; в точке 11: zg,11 = 16,8 0,4 + 73 = 80 кПа; в точке 12: zg,12 = 16,8 0,7 + 73 = 85 кПа; в точке 13: zg,13 = 16,8 1,0 + 73 = 90 кПа. Осадка слоя 6–7' равна: S6–7' = (0,8 86 0,1)/2,5 = 0,27 см. Осадка слоя 7'–7 равна: S7'–7 = (0,8 74 0,2)/2,5 = 0,47 см. Осадка слоя 9–10' равна: S9–10' = (0,8 37 0,2)/2,5 = 0,24 см. Осадка слоя 10'–10 равна: S10'–10 = (0,8 33 0,1)/2,5 = 0,11 см. Рисунок 4.10. К расчету столбчатого фундамента в вытрамбованном котловане по деформациям 306 4.5.2. Расчет фундамента с уширением основания Запроектировать отдельно стоящие фундаменты с уширенным основанием под девятиэтажный жилой дом (типовой проект 94-026/76). Расчет производим для фундамента, воспринимающего расчетную вертикальную сосредоточенную нагрузку Np = 1100 кН. Верх фундаментов по отношению к уровню планировки расположен ниже на 1,2 м. Рисунок 4.11 Здание возводится на участке, сложенном лессовидными суглинками и супесями. Основные физико-механические характеристики приведены в табл. 4.18. 307 308 Расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов, уплотненных до ρd = 1,75 т/м3, в водонасыщенном состоянии по результатам испытаний составляют: c = 45 кПа, = 26º, Е = 21 МПа. Модуль деформации грунта природного сложения в водонасыщенном состоянии Еsat = = 3,5 МПа. Компрессионный модуль деформации грунта подстилающего слоя Ес = 2,5 МПа. Принимаем площадь удлиненного фундамента в вытрамбованном котловане, для которого rl = 0,35 м: Аl = 1,5 3 rl 2 = 1,2 1,73 0,352 = 2,595 0,1225 = 0,31789 = = 0,318 м2 (площадь правильного шестиугольника равна S = 3 3 a2). 2 Радиус описанной окружности среднего сечения: rm = 0,35 0, 45 = 0,4 м. 2 Рисунок 4.12. Фундамент с уширением основания: а – план по I–I и II– II; б – разрез; 1 – фундамент; 2 – уширенное основание; 3 – уплотненная зона 309 Принимаем, что вытрамбовывание производится при природной влажности, т.е. без увлажнения грунтов. Коэффициент пористости е = 0,85. Коэффициент водонасыщения: Sr = W e s , (4.34) w где W – природная влажность на глубине 2,45 м (bm = 0,5×dp), W = 0,1375 ≈ 0,14 д.е. Sr = 0,14 2, 68 0,85 1 0, 44 , 0,44 < 0,7. ρd на глубине 2,45 м: ρd = 1,4425 ≈ 1,44 т/м3 (значение ρd определено интерполяцией), 1,44 < 1,6 т/м3. При вытрамбовывании жесткого материала в дно котлована трамбовкой с заостренным нижним концом создается уширение, имеющее форму шара с радиусом rbr или эллипсоида вращения с полуосями hbr и rbr. Вид жесткого материала для создания уширенного основания выбирается в зависимости от нагрузок на фундаменты, наличия местных материалов, размеров уширения, условий производства работ. Для фундаментов с горизонтальными нагрузками, составляющими более 0,8 от вертикальных, целесообразно применять тяжелый бетон. При производстве работ в зимнее время рекомендуется применять несмерзающийся сыпучий материал: щебень, гравий без пылеватых глинистых частиц, шлак. Форма уширения при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями с высотой засыпки по 0,6–1,2 м принимается в виде: шара (hbr = rbr) для случаев, когда ниже дна вытрамбованного котлована залегают песчаные грунты с ρd ≥ 1,6 т/м3 или пылевато-глинистые с ρd ≥ 1,6 т/м3 и коэффициентом водонасыщения Sr < 0,7; а также с ρd ≥ 1,7 т/м3 и Sr ≥ 0,7; эллипсоида вращения с отношениями полуосей hbr / rbr = 1,4 при залегании ниже дна котлована песчаных грунтов с 310 ρd < 1,5 т/м3 или пылевато-глинистых грунтов с Sr < 0,7 при ρd < 1,6 т/м3 и Sr ≥ 0,7 при 1,5 < ρd < 1,7 т/м3 и hbr / rbr = 1,8 для глинистых грунтов с Sr > 0,7 и ρd < 1,5 т/м3. В нашем случае уширение будет иметь форму эллипсоида с соотношением сторон hbr / rbr = 1,4 (так как у пылевато-глинистых грунтов, залегающих ниже дна котлована, d = 1,44 < 1,6 т/м3 и Sr = 0,44 < 0,7). Определяем радиус уширения основания rbr: rbr = kbr 3 Vcr , (4.35) где kbr – коэффициент, учитывающий форму уширения и при расположении центра уширения, и при расположении центра уширения на расстоянии 0,5hi от основания заостренной части фундамента, принимаемый равным: для шара – kbr = 0,62; эллипсоида с hbr / rbr = 1,4 kbr = 0,55; эллипсоида с hbr / rbr = 1,8 kbr = 0,51; Vcr – объем втрамбованного в дно жесткого материала, м3. Vcr = 1,5 м3 (объем втрамбованного щебня). rbr = 0,55 3 1,5 = 0,55 1,145 = 0,62975 ≈ 0,63 м hbr = 1,4 rbr = 1,4 0,63 = 0,88 м. Площадь уширения основания из жесткого материала в его наибольшем сечении: Abr = 3,14 rbr2 = 3,14 0,632 = 3,14 0,3969 = 1,246 ≈ 1,25 м2. Среднее значение плотности сухого грунта в пределах уплотняемой зоны ρd,s определим по формуле: ρd,s = 0,5∙[ ρd + Sr∙ ρs∙ ρw / (Sr∙ ρw + W ∙ ρs)], (4.36) где ρs – плотность минеральной части грунта, т/м3; Sr – коэффициент водонасыщения грунта, принимаемый равным 0,9; ρw – плотность воды, ρw = 1 т/м3; w – влажность. ρd,s = 0,5∙[1,44 + 0,9∙2,68∙1/(0,9∙1 + 0,14∙2,68)] = = 0,5∙[1,44 + 2,412 / (0,9∙1 + 0,14∙2,68)] = = 0,5[1,44 + 2,412/ (0,9 + 0,3752)] = 0,5(1,44 + 2,412/1,2752) = 311 = 0,5(1,44 + 1,89) = 0,5∙3,33 = 1,665 ≈ 1,67 т/м3. Радиус уплотненной зоны определяется по формуле: rs = rbr ερ, (4.37) где ερ – табличный коэффициент, определяемый в зависимости от плотности сухого грунта природного сложения и средней плотности сухого грунта после уплотнения. При ρd,s = 1,67 т/м3 и ερ = 1,44 т/м3 ερ = 1,85. Таблица 4.19 Средняя плотность сухого грунта после уплотнения, т/м3 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 Коэффициент ερ при плотности сухого грунта природного сложения ερ, т/м3, равном: 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,57 1,52 1,48 1,44 1,41 1,38 1,66 1,60 1,54 1,49 1,45 1,42 1,76 1,68 1,61 1,55 1,51 1,47 1,90 1,78 1,69 1,62 1,57 1,52 2,10 1,92 1,80 1,71 1,64 1,58 2,40 2,11 1,94 1,82 1,73 1,65 3,02 2,42 2,13 1,96 1,83 1,74 – 3,24 2,57 2,07 1,98 1,85 Примечание. Для промежуточных значений ρd величина ερ определяется по интерполяции. rs = 0,63 1,85 = 1,1655 ≈ 1,2 м. Толщина уплотненной зоны ниже уширенной части из втрамбованного материала определяется по формуле: hs = rs – rbr = 1,2 – 0,63 = 0,57 м. Площадь сечения уплотненной зоны, образующейся при втрамбовывании жесткого материала, в месте наибольшего уширения принимается равной: As = 3,14 rs2 = 3,14 1,22 = 3,14 1,44 = 4,52 м2. Определим несущую способность фундамента, исходя из несущей способности жесткого материала, втрамбованного в дно котлована: Ff 1 = γc Fcr A, (4.38) где γc – коэффициент условий работы фундамента, γc = 1; Fcr – параметр жесткого материала, принимаемый равным: 312 для тяжелого бетона, щебня и гравия – 10000 кПа; для крупного песка – 5000 кПа; А – площадь нижнего сечения фундамента, м2, 3 A = Aℓ = 3 r 2 = 0,318 м2. 2 Производим проверку удлиненного фундамента в вытрамбованном котловане по несущей способности, исходя из условия: Np ≤ Ff1/γn , (4.39) p где N – расчетная вертикальная нагрузка, кН, передаваемая на фундамент; Ff1 – несущая способность фундамента; n – коэффициент надежности (при определении несущей способности фундаментов расчетом n = 1,4, по данным статических испытаний опытных фундаментов n = 1). 3180 Ff 1 = = 2271 кН > Np = 1100 кН. 1, 4 Определим несущую способность фундамента по уплотненному слою: Ff 2 Rs Abr d p um f w c1 i E c 2 r , (4.40) где Rs – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением; Abr – площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в месте его наибольшего уширения; um – периметр поперечного сечения фундамента в его средней части; fw – расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности наклонной части; c1 = 0,8 – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности фундамента; i – уклон боковых стенок фундамента в долях единицы, определяемый как отношение полуразности сторон поперечного сечения в верхней и нижней частях фундамента к его высоте; при i > 0,025 следует принимать i = 0,025; E – модуль деформации верхнего слоя грунта, залегающего в пределах наклонной части фундамента, определяемый по ре313 зультатам компрессионных испытаний образцов грунта природного сложения в водонасыщенном состоянии при изменении давления на грунт от нуля до величины начального просадочного давления; c1 = 0,5 – коэффициент условий работы; r – коэффициент, принимаемый равным 0,8. Определим показатель текучести грунтов уплотняемой зоны с учетом увлажнения в процессе трамбования: W Wp . JL W Wp Значение природной влажности w: W = 1,1 Wp если W < Wp; W > 1,1 Wp если W ≥ Wp; W = 1,2 Wp – при увлажнении грунтов в процессе вытрамбовывания. JL 1, 2Wp Wp W Wp 1, 2 0,17 0,17 0, 27 0,17 0,034 = 0,34. 0,1 Тогда по табл. 4.20 для слоя на глубине h = 1,2 + 3,55 = 4,75 м и JL = 0,34 находим значения Rs. Таблица 4.20 Глубина от поверхности до низа уширенного основания, м 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 2 6500 2900 2000 1400 900 700 500 3 7500 4000 3000 2000 1200 1100 600 4 8300 5100 3800 2500 1600 1250 700 5 8800 6200 4000 2800 2000 1300 800 6 9250 6550 4150 3050 2100 1350 825 Значения Rs (кПа) при показателе текучести JL, равном Rs = 2395 кПа. 314 Показатель текучести грунта по боковой поверхности равен: 1, 2Wp Wp 1, 2 0,17 0,17 0,034 JL = 0,34. W Wp 0, 27 0,17 0,1 При JL = 0,34 по табл. 4.21 для слоя, расположенного на глубине h = 1,2 + 0,5dp = 1,2 + 1,25 = 2,45 м, интерполяцией находим fw. Средняя глубина расположения слоя грунта, м 1 2 3 4 5 6 Таблица 4.21 Значение fw (кПа) при показателе текучести JL, 0,2 35 42 48 52 56 58 0,3 23 30 34 38 40 42 равном: 0,4 0,5 15 12 21 17 25 20 27 22 29 24 31 25 0,6 8 12 14 16 17 18 0,8 4 5 7 8 8 8 1,0 2 4 5 5 6 6 fw = 28,6 ≈ 29 кПа Периметр фундамента в средней части: um = 6rm = 6 0,4 = 2,4 м. Ff2 = [2395 Abr + dp 2,4(29 0,8 + I Esat 0,5 0,8)] = = [2395 1,25 + 2,5 2,4(29 0,8 + 0,025 3500 0,5 0,8)] = = [2994 + 2,5 2,4(23,2 + 35)]= 2994 + 349 = 3343 кН. Производим проверку условия: Ff 2 3343 = 2388 кН > Np = 1100 кН. 1, 4 n Несущая способность фундамента (основания фундамента) по подстилающему слою определяется по формуле: Ff 3 d p um f w c1 i Ec c 2 r , (4.41) c g R As где 'g – коэффициент условий работы подстилающего неуплотненного грунта, принимается по табл. 4.22 (для dp = 2,5 м 'g = 1,2 м); 315 R – расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемое для непросадочных грунтов согласно [5, п. 2.48], а для просадочных грунтов – по формуле: Rs psl zg zg ,0 с коэффициентом k (см. предыду- щий пример); R Psl , k = 1,5, так как Psl определено по компрессионным испытаниям; As – площадь поперечного сечения уплотненной зоны в месте ее наибольшего уширения; Ec – компрессионный модуль деформации грунта подстилающего слоя, Ec = 2,5 МПа. Таблица 4.22 Глубина трамбования dp, м Коэффициент условий работы 'g 2 1 2,5 1,2 3 1,4 Ff3 = c[ 'g k psl As + dp um(fw c1 + i Ec c1 r)] = = 1 1, 2 1,5 160 4,52 2,5 2, 4 29 0,8 0, 025 2500 0,5 0,8 3,5 1,6 = = [1302 + 2,5 2,4(23,2 + 25)] = 1302 + 289 = 1591 кН. Производим проверку условия: Ff 3 1591 1136 кН > Np = 1100 кН. 1, 4 n Условие соблюдается, несущая способность основания обеспечена. Расчет осадки фундамента производим как для круглого фундамента диаметром 2rbr и с подошвой на глубине d p hi hbr 2,5 + 0,17 + 0,88 = 3,55 м. 4.6 Проектирование оснований, уплотненных грунтовыми сваями Способ глубинного уплотнения просадочных грунтов грунтовыми сваями заключается в пробивке скважин, которые заполняют грунтом, создавая вокруг них уплотненные зоны. 316 Скважины располагают на определенных расстояниях l, обеспечивающих смыкание зон и образование массива уплотненного грунта толщиной, превышающей на 2,5d (d – диаметр скважины) глубину проходки скважин. Рисунок 4.13. План расположения грунтовых свай (а) и поперечный разрез уплотненного массива (б): 1 – грунтовые сваи; 2 – уплотнение вокруг грунтовых свай За счет частичного выпора грунта верхняя часть массива, называемая буферным слоем, разуплотняется, поэтому перед устройством фундаментов этот слой снимают или доуплотняют. Глубинное уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями выполняется с целью: – устранения просадочных свойств грунтов в пределах просадочной толщи; 317 – создания в основании зданий и сооружений сплошного маловодопроницаемого экрана из уплотненного грунта; – устройства противофильтрационных завес из уплотненного грунта. Уплотнение грунтовыми сваями целесообразно применять при толщине слоя просадочного грунта от 10 до 24 м, влажности грунтов, близкой к оптимальной, коэффициенте водонасыщения грунтов Sr < 0,75, отсутствии слоев и прослоек пылеватоглинистых грунтов, песков, переувлажненного грунта, верховодки. Параметры глубинного уплотнения просадочных грунтов (число свай, расстояние между ними, глубина, размеры и т.д.) должны назначаться из условия достижения такой плотности грунтов основания, при которой полностью устраняется просадка от собственного веса и от нагрузки, передаваемой фундаментами. Размеры уплотняемой площади в плане должны обеспечивать несущую способность уплотненного массива и подстилающего его грунта при возможной просадке окружающего грунта природного сложения. В проекте уплотнения грунтовыми сваями должны быть указаны: – размеры уплотняемой площади с привязкой их к плану фундаментов; – план расположения и диаметры грунтовых свай; – глубина уплотнения; – требуемая плотность грунта в массиве; – способы устройства скважин и уплотнения грунтов; – вид, влажность и количество грунтового материала, необходимого для набивки скважин; – способ доуплотнения или глубина срезки буферного слоя; – условное расчетное сопротивления уплотненного грунта. Уплотнение грунтовыми сваями выполняют в котлованах с размерами, превышающими на 3 м в каждую сторону размеры уплотняемой площади. Отметку дна котлованов назначают с учетом последующей частичной срезки буферного слоя, оставшаяся 318 толщина не должна превышать 1,5 м Буферный слой доуплотняют тяжелыми трамбовками на глубину не менее 1,5 м. Толщину буферного слоя hb принимается равной hb = kb∙d, (4.42) где d – диаметр скважин (грунтовых свай), м, принимаемый при пробивке станками ударно-канатного бурения равным 0,5 м, а при использовании энергии взрыва – 0,4; kb – коэффициент пропорциональности, принимаемый равным для супесей – 4, суглинков – 5 и глин – 6. Грунтовые сваи в пределах уплотняемой площади следует размещать в шахматном порядке – по вершинам равностороннего треугольника. Независимо от полученного по расчету числа грунтовых свай, число рядов их по длине и по ширине фундамента должно быть не менее трех. Первый ряд располагается на расстоянии от границы уплотняемой площади основания, равном 0,5l (где l – расстояние между центрами грунтовых свай). Отметка низа грунтовых свай принимается на 1 м выше проектной глубины уплотнения. Скважины заполняют местным пылевато-глинистым грунтом оптимальной влажности с уплотнением до средней плотности сухого грунта не менее 1,75 т/м3. При применении грунтовых свай для устройства противофильтрационных завес засыпку скважин выполняют суглинками или глинами. ИСХОДНЫЕ ДАНЫЕ Определить основные параметры уплотненного грунтового сваями основания 12-этажного жилого дома, возводимого на сплошной железобетонной плите размером в плане 13 46 м. Жилой дом проектируется на участке, сложенном лессовидными суглинками и супесями, относящимися к грунтовым условиям II типа по просадочности. Средние значения физикомеханических характеристик грунтов приведены в табл. 4.23 319 Таблица 4.23 Вид грунта Супесь Суглинок Супесь Глина Толщина слоя, м 8 4 8 6 , т/м3 s, т/м3 d, т/м3 W, д.е. Psl, кПа Wsl, д.е. 1,80 1,85 1,88 1,96 2,68 2,70 2,68 2,70 1,42 1,45 1,47 1,62 0,100 0,132 0,117 0,182 100 120 110 – 0,198 0,192 0,178 – РЕШЕНИЕ Определяем расстояние между центрами скважин грунтовых свай для верхнего слоя супесей при диаметре скважин d = 50 см и 3 d,s = 1,65 т/м , где d,s – средняя плотность сухого грунта в уплотненном массиве. Средняя плотность сухого грунта в уплотненном массиве должна составлять на площадках с грунтовыми условиями по просадочности: I типа – 1,65 т/м3; II типа – в пределах верхнего слоя на глубину до Hsl/2 – 1,65 т/м3, а ниже – 1,7 т/м3; при применении грунтовых свай для устройства противофильтрационной завесы плотность сухого грунта должна быть не менее 1,75 т/м3. Расстояние между центрами скважин грунтовых свай L определяется по формуле: d ,s L 0,95d d ,s где , (4.43) d – плотность сухого грунта природного сложения, т/м3. 1,65 1,65 L 0,95 0,5 0,95 0,5 1,65 1,42 0,23 d 7 ,1739 = 0,95 0,5 2,68 1,27 м. = 0,95 0,5 Расстояние между центрами скважин для грунтовых свай для слоя суглинков определяем при d,s = 1,7 т/м3. 1,7 L 0,95 0,5 0,475 2,6077 1,238 1,24 м. 1,7 1,45 320 Принимаем расстояние между центрами скважин грунтовых свай равным: (1, 27 1, 24) 1, 255 1, 26 ìм. 2 Определяем расстояние между рядами грунтовых свай: 3 = 1,26 0,866 = 1,09 1,1 м. L L 4 Определяем ширину полосы, выступающей за пределы уплотняемой площади. Размеры уплотняемого основания должны превышать размеры подошвы фундамента на величину, равную при грунтовых условиях по просадочности: I типа – 0,2b, но не менее 0,8 м, а для отдельно стоящих сооружений с высоким расположением центра тяжести (дымовые трубы, водонапорные башни и т.п.) не менее 0,3b (где b – ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента, м); II типа – 0,2 величины просадочной толщи грунта, м. b' = 0,2 НSl = 0,2 20 = 4 м. Размеры уплотняемой площади: bS = B + 2b' = 13 + 2 4 = 21 м, (4.44) где B – ширина плиты. 21 м > 0,5 НSl = 10 м. Ширина уплотняемой площади должна быть на площадках с грунтовыми условиями по просадочности I типа не менее 0,2 глубины уплотнения, II типа – не менее 0,5 величины просадочной толщи. lS = L + 2b' = 46 + 8 = 54 м, (4.45) где L – длина плиты. Определяем число грунтовых свай в ряду n' и число рядов n'': n' = (lS / l) + 1 = (54 / 1,26) + 1 = 43,9 ≈ 44 сваи; n'' = (bS / l') + 1 = (21 / 1,1) + 1 = 20,1 ≈ 21 ряд. Общее число грунтовых свай равно: n = n' n'' = 44 21 = 924 шт. 321 Определяем массу грунтового материала: – для набивки 1 м грунтовой сваи по формуле: m = kg Ah ρd,s (1 + Ws), (4.46) где kg – коэффициент, обусловленный увеличением диаметра грунтовой сваи при уплотнении засыпанного материала: для супесей kg = 1,4; для суглинков и глин kg = 1,1; Ah – площадь поперечного сечения грунтовой сваи, м2 : D2 , 4 здесь D – диаметр скважины; ρd,s – плотность сухого уплотненного грунта в теле грунтовой сваи, равная 1,75 т/м3; Ws – влажность грунта, засыпаемого в скважину, Ws = 0,18 д.е. Ah m = 1,4 3,14 0,52 1,75 (1 + 0,18)/4 = (1,92 1,18)/4 = = 2,2656/4 ≈ 0,566 ≈ 0,57 т; – для одной грунтовой сваи: m' = m Hsl = 0,57 19 = 10,83 ≈ 10,8 т (отметка низа грунтовых свай принимается на 1 м выше проектной глубины уплотнения); – для уплотнения основания основания здания: М = m' n = 10,8 924 = 9979 т. 4.7. Проектирование оснований, уплотненных предварительным замачиванием Уплотнение предварительным замачиванием происходит за счет просадки грунта от собственного веса. При этом уплотняются нижние слои грунтовой толщи, начиная с глубины, на которой напряжение от собственного веса превышает начальное проса322 дочное давление. Верхние слои грунта остаются в недоуплотненном состоянии, поэтому предварительное замачивание обеспечивает перевод толщи лессовых грунтов из II типа в I тип грунтовых условий по просадочности. а) 1 3 2 б) 3 1 1 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2 1 5 1 3 Рисунок 4.14. Схема планировки котлованов и карт для замачивания: а) под небольшое в плане здание; б) при замачивание на всей застраиваемой площади; 1 – обвалование и контур котлованов и карт; 2 – контур проектируемого здания; 3 – направление уклонов в котлованах и картах; 1–16 – номера карт (в кружках) 323 Размеры уплотняемой площади и методика замачивания назначаются с таким расчетом, чтобы в пределах застраиваемой площади просадка грунта от собственного веса была полностью устранена. Замачивание грунтов производится в котлованах, отрываемых путем снятия растительного слоя на глубину 0,4–1,0 м в пределах застраиваемой площади отдельными картами. Для поддержания требуемого уровня воды карты обваловываются валиками из местного суглинка. Подача воды на карту ведется до полного промачивания всей толщи просадочных грунтов и условной стабилизации просадок от собственного веса грунтов, на что требуется обычно около 1–3 месяца. Для ускорения фильтрации воды в грунт в отдельных случаях на дно котлована отсыпается дренирующий слой из песка толщиной 5–10 см. Уплотнение предварительным замачиванием применяется на вновь застраиваемых площадках. Для исключения влияния замачивания на существующие здания и сооружения расстояния от замачиваемой площади до них должны быть не менее: – при наличие водоупора – трехкратной толщины слоя просадочных грунтов; – при отсутствии водоупора – полуторной толщины слоя просадочных грунтов. Если существующие здания и сооружения возведены с полным устранением просадочных свойств грунтов или полной их прорезкой, указанные расстояния допускается уменьшать в 1,5 раза. Уплотнение предварительным замачиванием рекомендуется применять при просадках от собственного веса более 30 см, а при величине просадочной толщи менее 15 м – при просадках от 15 до 30 см. В проекте уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием должны быть указаны: – размеры уплотняемой площади, план котлованов и отдельных карт для замачивания; – глубина замачивания грунта и объем воды; 324 – схема прокладки водоводов с указанием пунктов подачи воды на каждую карту; – ожидаемые величины просадок грунта по отдельным картам или по котловану в целом; – план расположения и конструкция поверхностных и глубинных марок; – рекомендации по замачиванию грунта, включающие ориентировочное время замачивания, величину условной стабилизации просадки грунта и т.п.; – методы доуплотнения верхнего слоя грунта в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Определить основные параметры уплотненного предварительным замачиванием основания промышленного здания размером в плане 96 240 м. Промышленное здание проектируется на участке, сложенном лѐссовидными супесями и суглинками, грунтовые условия II типа с величиной просадки от собственного веса грунта более 30 см. Средние значения основных физико-механических характеристик приведены в табл. 4.24 Таблица 4.24 Вид грунта Супесь Суглинок Супесь Глина Толщина , s, слоя, т/м³ т/м³ м 8 1,56 2,68 d, W т/м³ psl, кПа Wsl Wa Wsat 0 1,42 0,100 100 0,198 0,216 0,282 35 4 1,64 2,70 1,45 0,132 120 0,192 0,207 0,270 55 8 6 1,64 2,68 1,65 2,70 1,47 0,117 110 0,178 0,200 0,262 1,62 0,182 – – – – 35 – Значение табл. 4.25 относительной просадочности 325 приведены в Таблица 4.25 Относительная просадочность sl 'sl Значение коэффициентов относительной просадочности sl,i и 'sl,i на глубинах, м: 7 8 9 10 11 12 0,018 0,012 0,027 0,013 0,033 0,014 0,038 0,015 0,041 0,016 0,043 0,016 Продолжение табл. 4.25 Относительная просадочность sl 'sl Значение коэффициентов относительной просадочности sl,i и 'sl,i на глубинах, м: 13 14 15 16 17 18 0,043 0,019 0,041 0,018 0,037 0,017 0,024 0,014 0,016 0,012 0,015 – РЕШЕНИЕ Определяем размеры замачиваемой площади под здание. Для обеспечения равномерного уплотнения грунта в пределах участка, занимаемого зданием, размеры котлованов при ширине Bw и длине Lw, м, принимаются равными: Bw = B + 0,6 Hsl; Lw = L + Hsl, (4.47) где В и L – соответственно ширина и длина здания по наружным граням фундаментов, м; Hsl – величина просадочной толщи, м. Bw = 96 + 0,6 20 = 108 м; Lw = 240 + 20 = 260 м. Для удобства производства работ полученный котлован размером 108×260 м разбиваем на 8 карт размером в осях 54×65 м (рис. 4.15). 326 Рисунок 4.15 Определяем время Т, необходимое для промачивания всей площади просадочных грунтов при коэффициенте фильтрации лессовидных суглинков kf = 0,45 м/сут и глубине котлована 0,5 м. Время, необходимое для промачивания всей толщи просадочных грунтов, допускается определять по формуле: T = γw ∙ Hsl /kf, где γw – коэффициент, принимаемый равным: при замачивании с поверхности дна котлована при наличии дренирующего слоя из песка γw = 1; при отсутствии дренирующего слоя γw = 1,2, а при замачивании через скважины γw = 0,8; kf – минимальная величина коэффициента фильтрации слоев грунта, входящих в просадочную толщу. За условную стабилизацию принимается просадка грунта менее 1 см в неделю, наблюдаемая в течение последних двух недель. 1, 2 (20 0,5) T = 52 сут. 0, 45 Для расчета объема воды на замачивание определяем средневзвешенные значения: 327 1) плотности частиц грунта: s1 (h1 s 0,5) s 2 h2 h1 h2 h3 h3 s3 , 2,68 7,5 2,70 4 2,68 8 20,1 10,8 21,44 7,5 4 8 19,5 2) плотности сухого грунта до просадки: 3 3 2,68т /м т/м ; s d1 (h1 d 0,5) d 2 h2 h1 h2 h3 d3 h3 , 1,42 7,5 1,45 4 1,47 8 10,65 5,8 11,76 7,5 4 8 19,5 = 1,45 т/м3; 3) плотности грунта при природной влажности: d 0,5) 2 h2 3 h3 , h1 h2 h3 1,56 7,5 1,64 4 1,64 8 11,7 6,56 13,12 7,5 4 8 19,5 1 (4.48) 28,21 1,45т / м 3 19,5 (h1 31,38 1,61т / м 3 19,5 = 1,61 т/м3. Определяем объем грунтаV1 (объем грунта в пределах замачиваемого котлована, равный площади котлована, умноженной на толщину промачиваемого слоя грунта, м³): V1 = Bw Lw Hsl = 108 260 19,5 = 547560 м3. Определяем объем грунта V2 (суммарный объем грунта в пределах зон распространения воды в стороны от замачиваемого котлована, м³): V2 = 0,5 (2 Bw + 2 Lw) Hsl (Hsl m tg ), (4.49) где mβ – коэффициент, учитывающий возможное увеличение угла распространения воды в стороны вследствие слоистости грунтов основания, mβ = 1,7; 328 β – угол распространения воды в стороны от источника замачивания, принимаемый равным для лессовидных супесей и лессов 35°, для лессовидных суглинков – 50÷55°; 35 0 7,5 55 0 4 35 0 8 7,5 4 8 = 39º10 V2 262 ,5 220 280 19,5 762 ,5 19,5 39 0 ,10 39º6; 0,5 (2 108 2 260 ) 19,5 (19,5 1,7 0,813) 368 19,5 26,951 193400 м 3 = 193400 м . 3 Распространение влаги в стороны от котлована при замачивании с поверхности происходит в лессовидных супесях под углом β = 35º к вертикали. Sr в этих зонах после замачивания изменяется от 0,8 до природной. Определяем необходимый объем воды: V2 w 0,8 ( s ( V1 d) d) 2 ы Q , (4.50) w где ρs, ρd и ρ – средневзвешенные значения плотности соответственно частиц грунта, сухого грунта до замачивания и грунта при природной влажности до замачивания. 1 193400 0,8 (2,68 1, 45) (1,61 1, 45) 547560 2,68 2 = Q 1 (0,367 0,16) 644260 = = 133362 м3. 1 Определяем максимальный суточный расход воды на замачивание котлована. Максимальный суточный расход воды qmax при замачивании с поверхности определяется по формуле: qmax = ε∙kf∙Aw, (4.51) где ε – коэффициент, учитывающий увеличение расхода воды за счет образования просадочных трещин, принимаемый: при 329 39 0 6 мин. замачивании без устройства дренажных скважин ε = 2, с устройством скважин – ε = 3; kf – коэффициент фильтрации грунта, м/сут; Aw – площадь замачивания, м². qmax = 2 0,45 108 260 = 25272 м3/сут. Определяем ожидаемую величину просадки грунта от собственного веса: n S sl, g sl ,i hi k sl,i i 1 ksl,i = 1 (b > 12 м) Ssl,g = 0,018 100 + 0,027 100 + 0,033 100 + 0,038 100 + + 0,044 100 + 0043 100 + 0,049 100 + 0,041 100 + 0,037 100 + + 0,024 100 + 0,016 100 + 0,015 100 = 1,8 + 2,7 + 3,3 + 3,8 + + 4,1 + 4,3 + 4,3 + 4,1 + 3,7 + 2,4 + 1,6 + 1,5 = 37,6 см. 330 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном учебном пособии рассмотрены способы усиления грунтовых оснований, методы реконструкции фундаментов и примеры усиления оснований, сложенных лессовидными просадочными грунтами I-го и II-го типов грунтовых условий по просадочности. Для реализации того или иного метода усиления и реконструкции оснований и фундаментов важным фактором является выбор оптимального решения, которое может быть получено на основании заключения по результатам проведенного комплекса работ по обследованию фундаментов и оснований, рекомендаций и проекта усиления оснований и фундаментов, разработанного для конкретного случая с учетом накопленного опыта строителей. При этом, рассматриваются различные конкурирующие варианты усиления оснований и фундаментов в конкретных инженерно-геологических условиях и учитываются конструктивные особенности здания и сооружения. Наиболее приемлемое решение выбирают, как правило, на основании технико-экономического сравнения вариантов, т.е. принимается то решение, которое является наиболее экономичным и технически целесообразным. 331 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика / М. И. Горбунов–Посадов [и др.] ; под общ. ред. Е. А. Сорочана и Б. Г. Трофименкова. – М. : Стройиздат, 1985. – 480 с. Основания и фундаменты : справочник / Г. И. Швецов [и др.] ; под ред. Г. И. Швецова. – М. : Высшая школа, 1991. – 383 с. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) / НИИОСП им. Гериванова. – М. : Стройиздат, 1986. – 415 с. Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. – М. : Стройиздат, 1976. – 240 с. СНиП 2.02.01-83*. Основание зданий и сооружений : взамен СНиП 2.01.01-83 ; введ. в действие 01.01.1985 / Госстрой СССР. – М. : ГУП ЦПП, 2003. – 48 с. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б. И. Далматов. – Л. : Стройиздат, 1988. – 415 с. Мальганов А. И. Усиление железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений : атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. И. Полищук. – Томск : Изд-во Томского ун-та, 1989. – 91 с. Мальганов А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. И. Полищук. – Томск : Изд-во Томского ун-та, 1992. – 456 с. Штоль Т. М. Технология возведения подземной части зданий и сооружений / Т. М. Штоль, В. И. Теличенко, В. И. Феклин. – М. : Стройиздат, 1990. – 288 с. 332 Учебное издание Коробова Ольга Александровна УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ Учебное пособие Темплан 2008 г. Редактор Г.К. Найденова Санитарно-эпидемиологическое заключение № 54.НС.05.953.П.006252.06.06 от 26.06.2006 г. Подписано к печати 16.12.2008. Формат 60х84 1/16 д.л. Гарнитура Таймс. Бумага офсетная. Ризография. Объѐм 19,1 уч. -изд.л.; 21 п.л. Тираж 350 экз. Заказ № Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) 630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113 Отпечатано мастерской оперативной полиграфии НГАСУ (Сибстрин)

Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб

Related documents

Products

Support

Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib